Öğr.Gör. Yener TÜREN

Transkript

1 İletişim Dersi NAVİGASYON ve KİNEMATİK KONUMLAMADA VERİ İLETİMİ ve VERİ FORMATLARI Öğr.Gör. Yener TÜREN Trakya Üniversitesi Edirne Teknik Bilimler MYO Mimarlık ve Şehir Planlama Bl. Harita ve Kadastro Prg.

2 Jeodezi Nedir? Jeoloji Yer Bilimi Jeodezi Yer Ölçme Jeofizik Yer Fiziği Jeotermal Yer Isısı Yeryuvarının modellenmesiyle, yeryuvarında koordinat sistemlerini tanımlayan, referans ağlarını oluşturan, mekansal bilgileri bu ağ ve sistemlerle ilişkilendiren, zamanı bağlı değişimlerini izleyen, yerkürenin şeklini tespit ve yeryüzünü ölçme işlemlerini, konu edinen bir bilim dalıdır. 2

3 Jeodezi Nedir? Pratik Jeodezi Uydu Jeodezisi Matematiksel Jeodezi Jeodezik Astronomi Fiziksel Jeodezi 3

4 Uydu Yörüngeleri LEO (Low Earth Orbit) Alçak uydu yörüngesi, Ekvatora uzaklığı km Uzaktan Algılama, Uydu Teleofonları MEO (Medium Earth Orbit) Orta uydu yörüngesi Ekvatora uzaklığı km Jeodezi ve Navigasyon GEO (Geostationary Earth Orbit) Eşzamanlı uydu yörüngesi Ekvatora uzaklığı km İletişim ve Haberleşme HEO (High Eliptic Orbit)- Yüksel Eliptik Yörünge Ekvatora uzaklığı değişken Astronomi uyduları PEO (Polar Eath Orbit) Kutup dünya yörüngesi Kutuplarda etkili Meteoroloji uyduları 4

5 5 Üstün, A. Uydu Jeodezisi Ders Notları,2014

6 Konum Belirleme GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri GPS Glonass Galileo ABD Rusya AB Compass/Beidou Çin 6

7 Uzaktan Algılama Yer yüzünden belli uzaklıkta, atmosferde veya uzaydaki platformlara yerleştirilmiş ölçüm aletleri aracılığıyla, yeryüzü ve nesneleri hakkında bilgi alma ve bunları analiz etme tekniği, ya da nesnelerle fiziksel temasta bulunmadan herhangi bir uzaklıktan yapılan ölçümlerle nesneler hakkında bilgi edinme bilimidir. Landsat-8 Lidar Teknolojileri Spot-5 TerraSAR X Ikonos Quickbird Envisat-1 Aster 7

8 Yerçekim Alanı Belirleme Fiziksel yeryüzünde gravite ölçümünün anlamı, yeryüzüne doğru serbest hareket eden cismin ivmesinin ölçülmesidir. Almanya ABD Champ Grace Goce AB 8

9 9 Üstün, A. Uydu Jeodezisi Ders Notları,2014

10 Yerden Uyduya Ölçme GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri DORIS (Doppler Orbitography and Radio Positioning Integrated by Satellite) Uydu Doppler Orbitografi ve Tümleşik Radyo Konumlandırma SLR (Satellite Laser Ranging) Uydu Lazer Uzaklık Ölçmeleri 10

11 Uydudan Yere Ölçme STAR (Satellite Altimeter Radar) Uydu Altimetre Radarı InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar ) İnterforemetrik Yapay Açıklıklı Radar SAG (Satellite Gradiometry) Uydu Gradyometresi 11

12 Uydudan Uyduya Ölçme Uydudan uyduya, konum,uzunluk ve hız ölçümü yapılmaktadır. 12

13 GNSS Uygulamarı GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri GPS Glonass Galileo ABD Rusya AB Compass/Beidou Çin 13

14 GNSS Uygulamarı GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri GPS( ) GLONASS ( ) GALILEO ( ) COMPASS ( ) Uydu sayısı GEO Yörünge sayısı 6 3 3? Büyük yarı eksen km km km? km Yörünge dönüş 11:58 H 11:15 H 14:07 H? 12:35 H Eğiklik 55 deg 64 deg 56 deg? 55 deg Uydu kütlesi 1100 kg (IIR) 1400 kg 700 kg? 2200 kg Güneş paneli alanı 14 m2 23 m2 13 m2??? 14

15 GNSS Uygulamarı GNSS Global Navigation Satellite System Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri 15

16 GNSS Uygulamarı GPS (Global Positioning System) Küresel Konumlama Sistemi Uzay Kontrol Kullanıcı 16

17 GNSS Uygulamarı GPS (Global Positioning System) Küresel Konumlama Sistemi 17

18 GPS Uygulamaları İster navigasyon amaçlı olsun isterse jeodezik amaçlı olsun Gerçek Zamanlı Kinematik (Real Time Kinematic) (RTK) GPS, kullanıcıların ölçme anında cm/mm (CORS ile) seviyesinde doğruluk elde edebildikleri, taşıyıcı dalga faz gözlemlerini kullanarak tıpkı diferansiyel GPS teki gibi konumlama yapan bir yöntemdir. 18

19 Navigasyon Hava Kara Deniz 19

20 Navigasyon Akıllı haritalar coğrafik analistler tarafından güncellenir. 20

21 Navigasyon/SBAS Satellite-Based Augmentation Systems Uydu Bazlı Alan Büyütme Sistemleri WAAS ABD/Nasa Wide Area Augmentation System Geniş Alan Güçlendirme Sistemi Uydu sayısı : MSAS Japonya MTSAT Satellite Augmentation System MTSAT Uydusu Güçlendirme Sistemi Uydu sayısı : EGNOS AB/Esa European Geostationary Navigation Overlay Service Avrupa Yersabit Navigasyon Kapsama Servisi Uydu sayısı : SDCM Rusya The System for Differential Corrections-Monitoring Diferansiyel Düzeltme ve İzleme Sistemi Uydu sayısı : GAGAN Hindistan GPS And GEO Augmented Navigation System GPS Destekli Yer Büyütmeli Navigasyon Sistemi Uydu sayısı : 1 21

22 Sonuç/Özet Jeodezide uydu ölçmeleri ve navigasyon sistemleri; Konum belirleme ile yön bulma kavramlarına yeni bir anlayış getirmiştir. Ayrıca yeryuvarına ilişkin jeodezik bilgilerin elde edilmesinde yüksek oranda katkı sağlamaktadır. 22

23 GNSS Uygulamaları GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri GPS Glonass Galileo ABD Rusya AB Compass/Beidou Çin 4

24 GPS Uygulamaları GPS ile konum belirlemedeki yöntemlerin her biri için gerekli veri iletimleri ve veri formatları farklılık göstermektedir. Ayrıca söz konusu veri iletim protokolleri ile veri formatlarının alıcıdan bağımsız şekilde tasarlanmış olması ve tüm kullanıcılara sunulabilir uluslar arası bir standartta olması önem arz etmektedir. GNSS bilgilerinin gerçek zamanlı iletimi ve teslimi için üç temel bileşen bulunmaktadır. Bu bileşenler kullanılan veri iletişim linkleri (data communications link), veri iletim protokolleri (transmission protocol) ve veri formatları (data format) dır. 10

25 Veri Formatları Alıcıdan bağımsız veri formatları; RINEX Arşivleme amaçlıdır. Farklı firma verilerini kombine eder. RTCM Gerçek zamanlı uygulamala için, Sabit Gezici alıcılar arası NMEA GNSS alıcıları ile diğer cihazlar arası (PDA, Pusula vb.) 11

26 RINEX Genel olarak gözlem kütükleri her alıcı firmasının kendi özel binary formatında kaydedilmekte olup, bunlar en az navigasyon mesajı ve gözlem (faz ve kod) dosyalarından oluşmaktadır. RINEX formatı 4 farklı ASCII dosyadan oluşmaktadır. Gözlem veri dosyası GPS Navigasyon Mesajı Dosyası Meteorolojik veri dosyası GLONASS Navigasyon Mesajı dosyası Dosya tipleri başlık ve veri bölümünden oluşmaktadır.

27 Ölçülerin RINEX formata dönüştürülmesi Standart bir GPS gözlem dosyası adı (RINEX formatında) ssssdddf.yyt yapısında olmalıdır. ssss : ölçü noktasının 4 karakterli kısa adı veya 4 rakamlı numarasını ddd : yılın gününü, f : gözlem grubu (oturum, session) numarasını, yy : gözlem yılını, t : dosya tipini (O:gözlem, N: Navigasyon, M: Meteorolojik) ifade etmektedir.

28 Veri Formatları RINEX Receiver INdependent EXchange İsviçre deki Bern Üniversitesi Astronomi Enstitüsü 1989 Versiyon 1.x GPS verileri 1990 Versiyon 2.x GLONASS ve SBAS verileri 2009 Versiyon 3.x GALILEO verileri Farklı GPS alıcısı üreten firmalara ait verilerin değişimi için, ASCII dosya formatındadır. 12

29 Veri Formatları 13

30 Veri Formatları RTCM The Radio Technical Commission for Maritime Services 1947 yılında Amerika da kurulmuştur Versiyon 2.0 DGPS Kod düzeltmeleri 1994 Versiyon 2.1 RTK Faz ve Kod ölçü ve düzeltmeleri 1998 Versiyon 2.2 DGLONASS Kod düzeltmeleri 2001 Versiyon 2.3 Anten tanımla 2004 Versiyon 3.0 L1 ve L2 dağıtık ayrıştırılarak band genişliği 2006 Versiyon 3.1 Ağ-RTK (İyonosferik ve Geometrik) düzeltmeleri, Uydu yörünge bilgileri, koordinat farkları Versiyon 3.1 Datum Transformasyon-Projeksiyon Versiyon 3.2 Tüm GNSS uygulamalarını destekleyen MSM (Multiple Signal Messages) SSR (State Space Representation) GNSS veri değişimi için geliştirilmiş gerçek zamanlı uygulamalarda kullanılır. BINARY dosya formatındadır. 14

31 Veri Formatları 15

32 Veri Formatları NMEA National Marine Electronics Association Deniz navigasyonu ve diğer denizcilik uygulamalarında arabirim olarak kullanılan elektronik cihazların (GPS, pusula, vb.) veri iletişimi için geliştirilmiş bir standarttır. NMEA mesajında, uydulara ilişkin gözlem verileri yoktur ve navigasyon bilgisi de sınırlıdır. DPGS ve RTK az tercih edilir. GNSS alıcıları ile diğer cihaz ve aletler arasındaki veri iletimi GZK belirleme uygulamaları için kullanılmaktadır. ASCII dosya formatındadır. 16

33 Veri Formatları NMEA 17

34 Veri Formatları CMR/CMR+ Compact Measurement Record Daha yararlı bant genişliği için Trimble Navigation kullanır. RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics) SP3 (Standard Product 3) BINEX (BINary Exchange) Ashtech MBEN ve PBEN Javad JVS Leica LB2, Trimble RT17 ve RT27 Topcon TPS 18

35 Veri İletim Linkleri DGNSS ve RTK uygulamalarında ham veriler ile kod ve faz ölçü düzeltmelerinin, referans ve gezen alıcılar arasında alınması ve gönderilmesi için gereklidir. Very High Frequency (VHF) Ultra High Frequency (UHF) Radyo sinyali ve Radyo modemler Internet Protocol (IP) Global System for Mobile Communications (GSM) süre General Packed Radio Service (GPRS) download Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE) Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) 19

36 Veri İletim Protokolleri İlgili veri formatındaki GNSS bilgilerini içeren dosyaların bir ağ üzerinde güvenilir akış kontrol mekanizmalarını sağlayarak, veri iletimini yönetirler. Başka bir ifadeyle GNSS verilerinin internet üzerinden nasıl yayınlanacağını tanımlayan protokollerdir. NTRIP RTIGS IP 20

37 Veri İletim Protokolleri NTRIP Networked Transport of RTCM via Internet Protocol Almanya Federal Kartografya ve Jeodezi Dairesi (BKG) tarafından geliştirilmiştir. Hypertext Transfer Protocol (HTTP/1.1) ye dayalıdır Versiyon 1.x RTCM standardı olarak kabul edilmiş bir internet protokolüdür. Kablosuz internet ile GSM, GPRS, EDGE ve UMTS gibi çeşitli mobil IP ağlarını destekleyen bir protokoldür. Güvenli bir şekilde veri iletimini sağlamak için Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) kullanır. Gerçek zamanlı diferansiyel uygulamalarda mobil kullanıcılar için PC, Laptop, PDA ile GNSS alıcılarının eş zamanlı kullanımında internet üzerinden veri akışının kontrolünü sağlar. 21

38 Veri İletim Protokolleri NTRIP Networked Transport of RTCM via Internet Protocol 2009 Versiyon 2.x Bu yeni sürümde HTTP ye tam uyum için, TCP/IP ye ek olarak User Datagram Protocol/Internet Protocol (UDP/IP) nin kullanımı değerlendirilme aşamasındadır. Yeni sürüm olan NTRIP v2.0 da, http protokol ihlalleri temizlenerek gerçek zamanlı veri akış kontrolü için iletişimin daha sağlıklı gerçekleşmesi sağlanmıştır. NTRIP üç ana sistem yazılımından oluşur. NtripClients (HTTP client) NtripServers (HTTP client) Kaynaktan veri alır-ntripcasters a iletilir. NtripCasters (HTTP server yazılımı) Telefon santralı gibi NtripClient ları istedikleri veri dizilerine bağlar. 22

39 Veri İletim Protokolleri RTIGS Real Time IGS Uluslararası GNSS Servisi (IGS) nin çalışma grubu RealTime Working Group (RTWG) tarafından geliştirilmiştir. UDP/IP yi kullanmaktadır. Minimum bant genişliği ile GPS gözlem verilerini taşımak için JPL tarafından geliştirilmiş SOC veri formatını kullanır. 23

40 Veri İletim Protokolleri IP Internet Protocol TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol Fazla iş yükü olmasına neden olmaktadır. Clientler doğrudan bağlanır. UDP/IP User Datagram Protocol/Internet Protocol Veri akışı için alt ağlarda daha etkin çözüm ve sonuçlar vermektedir. Client ler Routerslar ile bağlanır. 24

41 Sonuç GPS ve GLONASS sistemlerinin etkin kullanımının yanında, GALILEO ve COMPASS sistemlerinin devreye girmesiyle gerçek zamanlı GNSS veri iletiminde önemli gelişmeler olacaktır. Gerçek zamanlı konum belirlemede yüksek doğruluk ve hıza ulaşmak için veri formatlarının birden fazla niteliği kapsayabilmesi; Veri iletim protokollerinin ve iletişim linklerinin hafif ve anlaşılabilir yapıda olacak şekilde geliştirilmesi gereklidir. 25

42 Assisted GPS (Yardımlı GPS) GSM operatörlerinin baz istasyonları aracılığı ile sizi bir an evvel en yakın uyduya bağlamasıdır. A-GPS olmayan sadece GPS kullanan cihazlarda ise normal GPS cihazları gibi kendi kendine uyduyu bulmaktadır. Nokia : A-GPS iphone : GPS ve GLONASS Samsung : GPS ve GLONASS 26

43 Assisted GPS (Yardımlı GPS) 27

44 Assisted GPS (Yardımlı GPS) 28

45 Assisted GPS Avantajları / Dezavantajları A-GPS yani yardımcı GPS in avantajı sizi en kısa sürede en çabuk yolla en yakın uyduya bağlamasıdır ve hızlı bir şekilde veri almanızı sağlamaktır. Baz istasyonlarından faydalandığı için uyduları bulması çok kısa sürmektedir. Koordinatları belirlerken faydalandığı baz istasyonları sayesinde daha doğru ve hızlı veri elde etmektedir. Bilgileri hızlı aktarırken baz istasyonlarından faydalanıyor olması istasyonlara GPRS yada 3G teknolojileri üzerinden bağlanma koşulunu gerektirir. Buda doğal olarak operatörünüzün durumuna göre ücretlendirilmektedir. 29

46 Lokasyon Bazlı Sistemler Akıllı cihazların çoğalması ve tabletlerin ortaya çıkmasından sonra mobil kullanıcılar artık Wi-Fi teknolojisini etkin olarak kullanmaktadır. Lokasyon bazlı sistemler ise tasarımcılarının kullanıcılarının yerlerini tespit etmek için bu cihazları sorgulamaya izin verir. (Forsquare) Büyük alışveriş merkezlerinde bulunan içlerinde alışveriş merkezinin krokisi bulunan elektronik cihazlar müşterilere gitmek istedikleri yeri tarif etmektedir. Bu işlemi yaparken mağazanın içinde bulunan Wi-Fi ağına bağlanıp müşterinin yaklaşık olarak nerede olduğunu veya gitmek istediği mağazanın hangi katta ne konumda olduğunu göstermektedir. 30

47 Kapalı Alandaki Lokasyon Bazlı Sistemler 31

48 Lokasyon Bazlı Sistemler Genel olarak lokasyon bazlı sistemler çoğunlukla kapalı alanlarda mevcut yerin Wi-Fi ağını kullanarak yaklaşık bir konum belirlemektedir. Bu sistem akıllı telefonlardaki uygulamalarda cep telefonun GPRS, EDGE, 3G, Wi-Fi gibi bağlantı şekillerini kullanarak yaklaşık olarak konum belirlemeye yardımcı olmaktadır. 32

49 RFID (Radio Frequency IDentification) Sistemler Radyo Frekanslı Tanıma (Radio Frequency Identification-RFID) teknolojisi, canlı ve cansız her türlü nesnenin dokunmadan belirli bir mesafeden tanınmasında ve izlenmesinde kullanılır. RFID teknolojileri giderek artan büyük bir oranda dünya genelinde ve ülkemizde yaygınlaşmakta ve birçok sektörde kullanılmaktadır. Otomotiv, akaryakıt, lojistik, perakendecilik, tarım, sağlık, ilaç, tekstil, finans, bankacılık, enerji, kamu, üretim, güvenlik, turizm gibi birçok sektörde geniş uygulama alanlarında aktif ve yaygın olarak kullanılmaktadır. 33

50 RFID (Radio Frequency IDentification) Sistemler Genellikle günümüzdeki büyük alışveriş merkezlerinde güvenlik önlemleri yönünden yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Radyo frekanslarını (UHF) kullanarak ürünlerin içine yerleştirilen izleyiciler sayesinde ürünün mağazaya giriş-çıkışı takip edilebilmektedir. Aynı şekilde şirketler çalışanlarına verdiği araçların güzergahlarını hızlarını vs. bilgilerini bu şekilde anlık bir şekilde takip edebilmektedir. 34

51 RFID (Radio Frequency IDentification) Sistemler 35

52 RFID (Radio Frequency IDentification) Sistemler 36

53 Hücresel Ağlar ve Wi-Fi Teknolojilerinin Navigasyon ve Kinematik Konumlamaya Katkıları Günümüzde yaygın olarak kullanılan akıllı telefonlarda ve tabletlerde, cihazlarda yüklü olarak gelen harita uygulamaları kullanıcının yaklaşık konumunu gösterip gideceği yeri yaklaşık olarak tarif edebilmektedir. Bu işlemi kullanıcı bir Wi-Fi ağına bağlı olmadığında kullandığı GSM operatörünün hücresel ağ desteğiyle (GPRS, EDGE, 2G, 3G) sağlamaktadır. Bu doğruluk mm-cm veya dm düzeyinde olamamakta ancak kullanıcıya metre düzeyinde yaklaşık bir konum doğruluğu verebilmektedir. 37

54 Hücresel Ağlar ve Wi-Fi Teknolojilerinin Navigasyon ve Kinematik Konumlamaya Katkıları Kullanıcı Wi-Fi ağına bağlandığında konum bulma doğruluğu ve hızı daha artmaktadır. Çünkü Wi-Fi ağı içinde bulunan bölgedeki ağın genişliği, modem sayısı (dağıtıcı sayısı) ne kadar fazla olursa cihazın çözümleme hızı da artmaktadır. Altyapı iyi bir şekilde sağlandığında daha hızlı ve doğru sonuç elde edilebilmektedir. 38

55 Sunu bitti Dinlediğiniz için TEŞEKKÜRLER 39