Geoida w praktyce

NUMERUS

GPS i geoida w praktyce

Wraz z upowszechnianiem się techniki GNSS, a zwłaszcza rozwojem serwisu ASG-EUPOS, pojawiło się ożywione zainteresowanie krajowym modelem quasi-geoidy. Szczególne zainteresowanie wykazują posiadacze odbiorników RTK/RTN, co jest zrozumiałe, ponieważ właściwy model geoidy wgrany do kontrolera decyduje o jakości pomiarów wysokościowych. Jeszcze niedawno geoida była przedmiotem zainteresowania tylko wąskiej grupy specjalistów zajmujących się zagadnieniami geodezji wyższej, a gwałtownie stała się "chlebem powszednim" w najprostszych zastosowaniach produkcyjnych. Sprawa jest oczywista, ale w wymiarze praktycznym użytkownicy GPS-ów napotykali na niemałe problemy:

W pewnym okresie zauważalny był prawdziwy wysyp różnego rodzaju modeli geoidy, jednak brak było oficjalnej decyzji, który z nich powinien być stosowany w produkcji geodezyjnej. Wyglądało na to, że zdecydować ma użytkownik sprzętu, ale przeciętny geodeta zazwyczaj był skazany na to, co otrzymał od sprzedawcy wraz z zakupionym sprzętem GPS. Dystrybutorzy sprzętu zwykle wgrywali klientom do kontrolera jakiś model geoidy, często nazwany enigmatycznie "GeoidaPL" ale większość właścicieli odbiorników GPS rozkłada ręce na pytanie, który konkretny model quasi-geoidy jest zaszyty w ich pliku.

Zgłoś się do nas jeśli potrzebujesz plik obowiązującej geoidy w formacie GSF dla swojego odbiornika GPS
Dociekliwy użytkownik mógł zauważyć, że różnice w undulacji pomiędzy poszczególnymi modelami w niektórych rejonach kraju znacznie przekraczają ich deklarowane, rzekomo centymetrowe dokładności. W praktyce, w zależności od używanego modelu, wysokość normalna na reperach kontrolnych systematycznie mogła różnić się nawet do 10 cm od wartości katalogowej. Użytkownik miał więc prawo odczuwać irytację z powodu praktycznych objawów jakby grubego błędu pomiaru.
Modele geoidy dostarczane z niektórymi modelami odbiorników są okrojone i zupełnie zawodzą w rejonach przygranicznych i nad morzem. Wyliczona undulacja może tam znacznie odbiegać od wartości prawdziwych, ponieważ pochodzi z niedozwolonej ekstrapolacji poza zasięg modelu zapisanego w pliku odbiornikowym.
Pliki geoidy nie mogą być przenoszone z jednego typu odbiornika GPS do drugiego, ponieważ ich producenci stosują własne, unikalne formaty zapisu. W konsekwencji firma, która eksploatuje różne typy odbiorników nie miała możliwości zadbania o to, żeby wszystkie odbiorniki operowały identycznym modelem geoidy. Istniało więc prawdopodobieństwo braku spójności pomiędzy poszczególnymi fragmentami opracowań geodezyjnych realizowanych przez różne zespoły pomiarowe tej samej firmy. Wyjątkiem jest rodzina odbiorników wykorzystujących model geoidy w formacie .GSF.

Zobacz również
Program H2H-pl

Bardzo pomocne w kierunku normalizacji sytuacji było rozporzadzenie Rady Ministrów z dnia 15 października 2012 r. w sprawie państwowego systemu odniesień przestrzennych, którego skutkiem było opublikowanie przez GUGiK modelu quasi-geoidy pn. PL-geoid-2011, co nastapiło w styczniu 2014 r. Tym razem jest to model obowiązujacy, więc geodeta ma jasność jakiego modelu powinien używać. Warto również doceniać, że jest to już model numeryczny zintegrowany wysokościowo z siecią ASG-EUPOS.

Jednakże model quasi-geoidy opublikowany w 2014 roku dotyczy różnic pomiędzy wysokością elipsoidalną i wysokością normalną w układzie PL-KRON86-NH. Tymczasem na obszrze kraju następuje systematyczne przechodzenie na układ wysokościowy PL-EVRF2007-NH. Przeliczenie do tego układu wysokości mierzonych metodą GNSS wymaga innego modelu geoidy. Stosowne dane w tym zakresie zostały opublikowany przez GUGiK w grudniu 2019 roku.

Ewentualnie źle dobrany model geoidy na pewno ma negatywny wpływ na dokładność rzędnych wyznaczanych metodą GNSS. W poniższej tabeli dla kilkunastu przykładowych punktów podano wartości różnic undulacji N pomiędzy aktualnie obowiązującym modelm PL-geoid-2011 oraz poprzednim modelem pn. GUGiK-2001. Jak widać w kolumnie [ 7 ] w niektórych rejonach różnice są bardzo istotne.

Współrzędne punktu		Undulacja N			Różnica N [5]-[4]	Różnica N [3]-[4]
B	L	GUGiK-2001	PL-geoid-2011 siatka 1' x 1'	PL-geoid-2011 siatka 0.01^o x 0.01^o	Różnica N [5]-[4]	Różnica N [3]-[4]
1	2	3	4	5	6	7
49 13 05.12	19 53 08.62	43.032	43.030	43.0309	0.0009	0.002
49 29 17.34	20 34 10.11	39.646	39.560	39.5593	-0.0007	0.086
49 44 03.65	19 00 26.73	42.300	42.247	42.2477	0.0007	0.053
49 35 19.44	21 22 14.72	37.303	37.212	37.2121	0.0001	0.091
49 14 12.29	22 15 02.72	37.420	37.353	37.3539	0.0009	0.067
54 15 24.05	16 04 09.47	33.540	33.565	33.5658	0.0008	-0.025
54 15 15.55	20 45 21.27	28.116	28.041	28.0410	0.0000	0.075
53 44 20.42	22 15 04.45	28.542	28.462	28.4614	-0.0006	0.080
52 26 10.65	22 52 03.40	28.736	28.655	28.6548	-0.0002	0.081
51 45 07.32	22 41 15.29	29.586	29.503	29.5028	-0.0002	0.083
49 45 11.72	21 49 06.30	35.662	35.589	35.5885	-0.0005	0.073
49 48 01.49	19 59 11.33	40.298	40.232	40.2323	0.0003	0.066
51 51 03.41	14 39 12.23	40.331	40.351	40.3510	0.0000	-0.020
53 50 25.17	15 10 24.63	35.051	35.005	35.0054	0.0004	0.046
54 30 32.11	18 11 32.83	30.051	30.010	30.0103	0.0003	0.041
54 05 41.23	22 31 26.70	27.852	27.804	27.8035	-0.0005	0.048
52 31 31.32	14 42 15.38	37.868	37.848	37.8481	0.0001	0.020
52 13 23.52	19 25 07.53	32.277	32.249	32.2495	0.0005	0.028
51 11 24.08	15 42 10.67	41.569	41.550	41.5499	-0.0001	0.019

Dodatkowo w tabeli pokazano wartość undulacji wyliczonej przy zastosowaniu dla geoidy siatek interpolacyjnej o interwale 1'x1' oraz interwale 0.01^ox0.01^o. Pierwszy interwał był stosowany w modelu GUGiK-2001 i zazwyczaj jest używany w oprogramowaniu kontrolerów GPS. Drugi, mniejszy interwał siatki jest przypisany orginalnej postaci modelu PL-geoid-2011. Jak widać z powyższej tabeli (kolumna 6) różnica interwału siatki interpolacyjnej nie ma istotnego wpływu na dokładność undulacji w zastosowaniach praktycznych, ponieważ z dużym zapasem mieści się w zakresie dokładności odbiornika GPS.

Zamów plik geoidy w układzie PL-KRON86-NH lub PL-EVRF2007-NH w formacie GSF

Istnieje możliwość zamówienia pliku nowej geoidy PL-geoid-2011 w układzie PL-KRON86-NH lub PL-EVRF2007-NH oraz w formacie GSF. Osoby zainteresowane proszone są o kontakt e-mailowy.
Będzie to stosowny wycinek modelu przystosowany do rejonu działalności zamawiającego. Przyjęto zasadę, że największy wycinek geoidy może obejmować obszar konkretnego powiatu i jego powiatów sąsiednich lub tylko wybranych powiatów sąsiednich. Daje to możliwość dopasowania wycinka geoidy do własnych potrzeb geodety określonych rejonem jego działania. W wiekszości przypadków sprosta potrzebom typowej aktywności przeciętnego geodety. Cena zależy od wielkości zamówionego wycinka.

Ewidentną korzyścią posługiwania się odpowiednio dobranym, własnym plikiem geoidy będzie przyspieszenie pracy rejestratora. Duży zakres terytorialny pliku geoidy, obejmujący np. cały kraj, jest związany z angażowaniem dużych zasobów procesora kontrolera, które przy tego typu urządzeniach nie są zbyt duże. Każde powiększenie obszaru powoduje powiększenie pliku geoidy w proporcji kwadratowej. Tak więc zmniejszenie obszaru do zakresu odpowiadającego faktycznym potrzebom zlikwiduje straty czasowe na ładowanie oraz przetwarzanie niepotrzebnych danych. W przypadku niektórych rejestratorów na załadowanie pełnej geoidy dla całego kraju wymagany jest czas ok. 4 minut. Kosztowne czasowo będzie również posługiwanie się plikiem geoidy obejmujacym niepotrzebnie np. całe województwo. Tę każdorazową, przymusową stratę można wyeliminować posługując się fragmentem geoidy odpowiednio dobranym do zakresu terytorialnego swojej typowej działalności.

Jak wiadomo model geoidy pozwala na przejście z wysokości elipsoidalnych do wysokości normalnych w układzie PL-KRON86-NH lub PL-EVRF2007-NH. Stanowi to pewien problem w zastosowaniu techniki GPS w rejonach, gdzie mapa jest prowadzona w starym układzie Kronsztadt'60. Do realizacji wzajemnych przeliczeń pomiędzy różnymi układami wysokości użyteczny może być program H2H-pl. Na wielu obszarach kraju różnica pomiedzy układami wysokości jest istotna i nie można jej bagatelizować, ponieważ będzie to skutkować istotnym błedem wyniku pomiarów wysokości.