GNPOM

Aufgabenstellung

Ein permanentes Objekt-Monitoring soll die Aufgabe lösen, ein zu überwachendes Objekt hinsichtlich seiner Geometrie kontinuierlich und weitgehend automatisch zu kontrollieren und in Abhängigkeit von den ermittelten Meßwerten bei Auftreten von kritischen Veränderungen möglichst umgehend einen entsprechenden Alarm auszulösen. Je nach dem dynamischen Verhalten des Objektes muß die Überwachung von 1 mal pro Stunde bis zu 10 oder mehr mal pro Sekunde erfolgen.

Mit einem GNSS wie GPS oder GLONASS besteht grundsätzlich die Möglichkeit, diese Aufgabe zu lösen, wenn die üblichen Voraussetzungen, wie z.B. GPS-Sichtbarkeit, erfüllt sind.

Für eine statistisch zuverlässige Deformationsanalyse sind erwartungstreue Koordinaten mit voller Kovarianzmatrix Bedingung, die nur von einer strengen Multistationslösung bereitgestellt werden kann. Um eine kurze Vorwarnzeit zu garantieren, erfordert es eine Echtzeitverarbeitung der GPS-Daten.

Für höchste Genauigkeitsansprüche (1mm im Nahbereich) ist eine Erfassung der systematischen Restfehler, insbesondere von Antennen- Phasenzentrumsvariationen und Mehrwegeausbreitungen, erforderlich.

Realisierung

Mit dem Produkt Geo++® GNPOM zum permanenten Objekt-Monitoring steht ein komplettes System zur Verfügung, mit dem diese Aufgabe erfüllt werden kann. Aufbauend auf den Softwarepaketen Geo++® GNRT und Geo++® GNNET-RTK stehen alle Merkmale dieser Systeme auch in GNPOM zur Verfügung.

Empfängerschnittstellen

GNPOM kann Ein- und/oder Zweifrequenzbeobachtungen von GPS und/oder GLONASS Empfängern verarbeiten. Gerade bei sehr kleinen Netzen bringen Zweifrequenzempfänger nicht unbedingt einen großen Genauigkeitsgewinn, so daß bereits mit wesentlich kostengünstigeren Einfrequenzempfängern qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen sind.

Datenübertragung

Die Übertragung der Beobachungsgrößen von den GNSS-Empfängern zu einem zentralen Auswerterechner kann sehr flexibel auf verschiedenen Kommunikationswegen erfolgen. Im einfachsten Fall wird jeder Empfänger über ein serielles Kabel (RS232) angeschlossen. Bei größeren Entfernungen kann auf ein anderes Protokoll (RS422) umgesetzt werden. Falls keine Kabelverbindungen installiert werden können, bietet sich eine Funkverbindung an, wobei durch Einsatz eines GNMUX-Moduls auch eine Übertragung über eine einzige Frequenz möglich ist. Bei entsprechend vorhandener Infrastruktur können auch Modemverbindungen (Festnetz, GSM) oder Rechnernetze (LAN, TCP/IP, NETBIOS) als Übertragungsmedium dienen.

Multistationsauswertung GNNET

GNPOM arbeitet mit der strengen GPS-Multistationsauswertung GNNET, so daß gleichzeitig mehrere Objektpunkte, mehrere Stützpunkte und mehrere Referenzstationen verarbeitet werden können. Falls erforderlich, können Bahnfehler, Ionosphäre und Troposphäre durch Multistationsbeobachtungen auf entsprechend verteilten Referenzstationen erfaßt und modelliert werden. Als Ergebnis steht neben dem dreidimensionalen Koordinatenvektor auch die volle Varianz-/Kovarianzmatrix zur Verfügung, eine wesentliche Voraussetzung für eine anschließende strenge Deformationsanalyse.

Ergebnisverarbeitung

Die ermittelten Zustandsgrößen (z.B. Koordinaten) können mit verschiedenen, simultan arbeitenden Filtern unterschiedlicher Dynamik nachbehandelt werden, um verbliebene Restfehler zu unterdrücken.

Für Überwachungszwecke können sowohl die Koordinaten selbst, als auch daraus abgeleitete Orientierungswinkel, Entfernungen o.a. verwendet werden.

Die Darstellung von Koordinatendifferenzen oder den geschätzten Positionen kann mittels HTML-Interface erreicht werden.

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Über das Alarmsystem Geo++® GNALARM können Alarmpläne aufgestellt und verwaltet werden, nach denen bei Auftreten bestimmter Ereignisse entsprechende vordefinierte Aktionen ausgelöst werden können, z.B. Bildschirmmeldungen, Protokollausdrucke, Fax-Benachrichtigungen, Starten von Prozessen, auch auf entfernten Rechnern, etc.

Sub-Millimeter-Genauigkeit

Die wesentlichen Fehlerquellen beim GPS-Einsatz im Nahbereich (bis 1 km) sind Variationen des Antennenphasenzentrums sowie Mehrwegeausbreitungs-Effekte in der Umgebung der Antenne. Für höchste Genauigkeitsanforderungen können diese Fehler bei einer speziellen Meßanordnung weitgehend eliminiert werden. Die Elimination von Antennen-Phasenzentrumavariationen (PCV) erfolgt durch Berücksichtigung von elevations- und azimutabhängigen Antennenkalibrierungen. Die Ausschaltung von Mehrwege-Einflüssen gelingt durch Auswertung von siderischen Tagesdifferenzen mit GNDDIF, wobei ausgenutzt wird, daß sich die Konstellation der Satelliten und damit die Umweg-Geometrie der Satellitensignale nach fast genau einem siderischen Tag wiederholt. Bei diesem Verfahren dürfen die Bewegungen der Objektpunkte wenige Zentimeter pro Tag nicht überschreiten.

 

RDGPS

GNPOM kann eine hochgenaue Trägerphasenlösung auch zwischen mehreren bewegten GNSS-Antennen berechnen, ohne daß eine feste Referenzstation vorhanden sein muß (Reletives Differentielles GPS, RDGPS). Damit eignet sich GNPOM auch zum Monitoring von bewegten Plattformen, wo es weniger um die absolute Lage des Objektes, sondern mehr um die Überwachung der inneren Geometrie des Objektes hinsichtlich dynamischer Verformungen geht.

Anwendungen

Das GNPOM System läßt sich in vielen Bereichen einsetzen, wo Positionen von Objektpunkten permanent und mit hoher Genauigkeit erfaßt werden müssen. Einsatzbereiche sind z.B.:

  • Überwachung von Bauwerken (Staumauern, Brücken, Türme, Gebäude), Genauigkeit: 1mm
  • Überwachung von geomorphologischen Veränderungen (z.B. Hangrutschungen), Genauigkeit: 1cm
  • Überwachung der Geometrie von Fahrzeugen (z.B. Containerschiffe, Schwimmkörper), Genauigkeit: 1cm

Technische Daten:

GNSS-Empfänger: GPS und/oder GLONASS
Ein- und/oder Zweifrequenz
Geo++® GNSAT integrierter GPS-Sensor mit Ant., Empf., Funk
Taktraten: je nach Hardware bis zu 10 Hertz oder mehr
Genauigkeiten: Tagesdifferenzen für Objektpunkte: <1mm für Lage und Höhe
Relativgenauigkeit im GPS-Netz: <5mm für Lage, <10mm für Höhe
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