FARKLI IGS KOMBİNE YÖRÜNGE/SAAT ÜRÜNLERİ (CLK10&CLK11) KULLANARAK GERÇEK ZAMANLI PPP (RT-PPP) TEKNİĞİ PERFORMANSININ ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 FARKLI IGS KOMBİNE YÖRÜNGE/SAAT ÜRÜNLERİ (CLK10&CLK11) KULLANARAK GERÇEK ZAMANLI PPP (RT-PPP) TEKNİĞİ PERFORMANSININ ARAŞTIRILMASI B.ERDOĞAN 1, F.KARLITEPE 2, T. ÖCALAN 1 1 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Harita Mühendisliği Bölümü, İstanbul, berdogan@yildiz.edu.tr 2 Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bil. Fakültesi, Harita Mühendisliği Bölümü, Tokat, furkan.karlitepe@gop.edu.tr 1 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Harita Mühendisliği Bölümü, İstanbul, taylantnt@yahoo.com, tocalan@yildiz.edu.tr Özet GNSS ye dayalı uygulamalarda Hassas Nokta Konumlama (PPP-Precise Point Positioning) tekniğinin kullanım oranı son yıllarda hızla artmaktadır. Özellikle farklı uluslararası organizasyonların kullanıcılara sağladığı yüksek doğruluklu ücretsiz yörünge/saat ürünleri ve RTCM/NTRIP gibi standartlaştırılmış veri format ve protokolleri ile gerçek zamanlı PPP (RT-PPP) tekniği de geniş bir uygulama alanı bulmaktadır. Bu yönüyle gelişim potansiyeli devam eden ve mutlak konum belirleme ilkesine dayalı olan PPP tekniği, GNSS konum belirlemede diferansiyel tekniklere alternatif olmuştur. Temel jeodezik çalışmalar ve mühendislik amaçlı uygulamalar dikkate alındığında, PPP tekniğinin gerçek zamanlı uygulamaları özellikle zaman, maliyet ve doğruluk kriterleri açısından önemli avantajlar sağlamaktadır. Bu çalışmada, RT-PPP tekniğinin farklı IGS kombine edilmiş yörünge/saat ürünleri için (yalnızca GPS ve GPS/GLONASS) performansı araştırılmıştır. Bu amaçla global IGS ve bölgesel EUREF ağına ait farklı enlem bölgelerinde bulunan 3 adet sabit GNSS referans istasyonu (POVE, HLFX, SKE0) test noktası olarak seçilmiştir. Ekvatoral, orta ve yüksek enlem bölgelerinde bulunan her istasyonda 2 farklı zaman periyodu için herbiri 3 saat olan RT-PPP ölçüleri ve analizleri gerçekleştirilmiştir. Ölçüler belirlenen test noktalarında 01:30 04:30 (gece) ve 12:30 15:30 (öğlen) yerel saat aralıklarında eş zamanlı olarak yapılmıştır. Analizlerde BKG Ntrip Client (BNC v2.11.2) programı kullanılmıştır. İlgili programda yayın efemerisi akışı olarak RTCM3EPH, ayrıca IGS kombine edilmiş yörünge/saat düzeltme ürününü olarakta CLK10 (GPS) ve CLK11 (GPS/GLONASS) kullanılmıştır. ITRF2008 referans sisteminde elde edilen tüm RT-PPP çözümlerinin doğruluk analizi için her epoktaki koordinatlar, ilgili istasyonların analiz tarihindeki 24 saatlik ve 30 saniye aralıklı statik verilerinin AUSPOS sistemindeki rölatif çözümleri ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar incelendiğinde, GPS/GLONASS kombine yörünge/saat saat ürünü olan CLK11 ile yapılan çözümlerin, CLK10 ile yapılan çözümlerden daha iyi sonuçlar verdiği sonucu elde edilmiştir. Anahtar kelimeler: GPS, GLONASS, Gerçek-Zamanlı PPP (RT-PPP), CLK10, CLK11

2 2 INVESTIGATION OF REAL-TIME PPP TECHNIQUE PERFORMANCE USING DIFFERENT IGS COMBINE SATELLITE ORBIT/CLOCK PRODUCTS (CLK10&CLK11) Abstract The usage percentage of Precise Point Positioning (PPP) technique among GNSS based positioning techniques have increased rapidly. This technique provides a wide range application opportunity for real time PPP (RT-PPP) technique especially by the help of high precision orbit/clock products, standardized data formats and protocols such as RTCM/NTRIP supported by different international organizations. With this aspect, it becomes a significant alternative to the differential positioning methods for precise point positioning studies with its developing potential. Real time applications of PPP technique have important advantages for time, cost and accuracy in main geodetic studies and engineering application. In this study, it is aimed to test the performance of RT-PPP technique for different IGS combined orbit/clock products that are only GPS and GPS/GLONASS. In the concept of surveying facilities, the three test stations (POVE, HLFX, SKE0) have been selected from global IGS and regional EUREF networks for different latitude regions. For each points that are located at the equatorial, middle and high latitudes zone RT-PPP measurements and analysis have been carried out at two different time intervals that their durations is three hours. The time intervals were chosen as local time 01:30-04:30 (night) and 12:30-15:30 (noon), and analysis achieved simultaneously. BKG Ntrip Client (BNC v2.11.2) was used for the RT-PPP solutions. For the broadcast ephemerides streams and IGS combined orbit/clock products, RTCM3EPH, CLK10 (GPS) and CLK11 (GPS/GLONASS) were preferred, respectively. For the accuracy analysis, the estimated RT-PPP coordinates at ITRF2008 referans system were compared with the coordinates that was estimated by using relative positioning technique. This relative solutions were performed by using AUSPOS web based online post-process service and the duration of this processed RINEX data was 24 hours at 30 second observation interval.in the view of the obtaining results, the solutions that obtained by prefferring GPS/GLONASS combined orbit/clock products CLK11 are more accurate than the solutions that obtained by prefferring CLK10 products. Keywords: GPS, GLONASS, Real-Time PPP(RT-PPP), CLK10, CLK11

3 3 1. Yöntem Mutlak konum belirleme ilkesine dayalı olarak geliştirilen PPP tekniği, tek bir GNSS alıcısı ile konum belirleme için başta uydu yörünge/saat düzeltme bilgileri ile diğer düzeltme modellerinin kullanıldığı bir GNSS ölçme metodudur. Diferansiyel konum belirleme tekniklerine göre en önemli avantajı, koordinatı bilinen bir ya da daha fazla referans istasyonuna bu teknikte gereksinim duyulmamasıdır. PPP tekniği için kod ve taşıyıcı faz gözlemlerinin her ikisine birden gereksinim duyulmaktadır. Tekniğin en önemli dezavantajı ise cm mertebesindeki konum doğrulukları için gereken tamsayı belirsizliği kısmi (ambiguity float) çözümü yakınsama süresinin (ortalama 20 dakika) uzun olmasıdır. Bu durum PPP tekniğinin gerçek zamanlı uygulamalarında da kısıtlayıcı önemli bir faktördür (Öcalan, 2015; Öcalan ve Soycan, 2012; Rizos vd., 2012a ; Rizos v.d., 2012b; Zumberge v.d., 1997). Ancak son yıllarda başta IGS olmak üzere JPL, NRCan, CODE, BKG, CNES, GFZ, ESA/ESOC gibi uluslararası organizasyonlar PPP tekniğinin gerçek zamanlı uygulamalarının etkin şekilde kullanılması, yüksek doğruluktaki uydu yörünge/saat bilgilerinin hesaplanması, tamsayı belirsizliği çözüm süresinin kısaltılması ve PPP de açık standartlarının oluşturulması için önemli çalışmalar ve projeler yürütmektedirler. Bu kapsamda bu kuruluşlar gerçek zamanlı PPP nin etkin kullanımı için uygun aralıklarla güncellenen ve küçük gecikme zaman dilimlerindeki uydu parametrelerini içeren hassas ürünleri kullanıcılara sunmaktadırlar. Bu ürünlerin en kapsamlısı olan hassas GPS/GLONASS uydu yörünge ve saat ürünleri IGS tarafından kullanıcılara ücretsiz olarak sunulmaktadır (Öcalan, 2015). IGS, 2001 yılında başlattığı IGS RTS (Real-Time Service) projesi ile tüm dünya ölçeğinde PPP tekniği ve bu tekniğin uygulamaları için GNSS yörünge ve saat düzeltme bilgilerinin gerçek zamanlı sunumunu gerçekleştirmektir. RTS hizmetinin etkin şekilde sağlanması ise global IGS ağı istasyonları, veri merkezleri ve analiz merkezlerinin altyapısına dayalı olarak geliştirilmektedir. RTS, abonelik sistemi ile IGS tarafından ücretsiz olarak sunulan bir kamu hizmetidir (IGS, 2016). RTS ürünleri, IGS in global olarak hizmet veren yüksek kalitedeki GNSS alıcılarından sağlanan veri akışı ile elde edilen, yayın (broadcast) efemerisi için oluşturulmuş GNSS uydu yörünge ve saat düzeltme bilgileridir. Bu ürünler internet üzerinden, BKG tarafından geliştirilen NTRIP protokolü vasıtasıyla ve RTCM/SSR veri formatı standardına göre yayınlanmaktadır. Günümüzde yörüngelere ilişkin düzeltmeler RTS hizmeti içerisinde ITRF2008 referans sistemindedir (IGS RTS, 2016; Öcalan, 2015; Jean ve Dach, 2014).

4 4 Bu çalışmada, IGS RTS hizmeti kapsamında ücretsiz olarak sunulan yayın efemerisi ile kombine edilmiş farklı yörünge/saat düzeltme ürünleri (CLK10 ve CLK11) kullanılarak, gerçek zamanlı kinematik PPP nin performansı araştırılmıştır. Bunun için ekvatoral, yüksek ve orta enlemde bulunan 3 adet IGS ve EUREF noktası (POVE, HLFX, SKE0) test noktası olarak seçilmiştir. Noktaların yaklaşık enlem ve boylam değerleri Tablo 1 de, noktalar ise Şekil 1 de gösterilmektedir. Tablo 1. Seçilen sabit GNSS referans istasyonlarının yaklaşık enlem-boylam değerleri İstasyon ID Enlem (derece) Boylam (derece) GNSS POVE (IGS) GPS/GLONASS HLFX (IGS) GPS/GLONASS SKE0 (EUREF) GPS/GLONASS Şekil 1. Farklı enlemlerde bulunan IGS&EUREF test noktaları Analizler BKG Ntrip Client (BNC v2.12.2) programı kullanılarak, Nisan 2016 tarihlerinde her istasyon için tekrarlı olarak, ancak farklı yerel saatlerde yapılmıştır. 22 Nisan 2016 tarihinde her üç istasyon için 01:30 04:30 (gece) yerel saatinde, 23 Nisan 2016 tarihinde her üç istasyon için 12:30 15:30 (öğle) yerel saatinde gerçek zamanlı analizler yapılmıştır. Analizlerde yayın efemerisi (broadcast) akışı olarak RTCM3EPH, GPS ve GPS/GLONAS sistemleri için kombine edilmiş yörünge/saat düzeltme ürünü olarak ise CLK10 ve CLK11 tercih edilmiştir. CLK10 ve CLK11 kombine edilmiş yörünge/saat düzeltme ürünleri her test istasyonunda yapılan gerçek zamanlı kinematik PPP (RT-PPP) analizlerinde eş

5 5 zamanlı olarak kullanılmıştır. Kullanılan yayın efemerisi RTCM3EPH, CLK10 ve CLK11 teknik özellikleri ve içerikleri BKG (2016) da verilmektedir. Elde edilen RT-PPP sonuçlarının doğruluk analizi için 3 test istasyonuna ait Nisan 2016 tarihine ait 24 saatlik 30 saniye aralıklı statik verileri, AUSPOS web tabanlı servisi ile rölatif olarak çözülmüştür. Rölatif çözümden elde edilen sonuçların ortalaması alınarak her istasyon için yüksek doğrulukta koordinatlar elde edilmiştir. Ardından test istasyonları için rölatif çözümle elde edilen yüksek doğruluktaki koordinatlar ile her bir nokta için 3 saatlik ve 1 saniye aralıklı RT-PPP sonuçları lokal toposentrik (north (n), east (e), up (u)) koordinat sistemine dönüştürülmüş ve de farkları alınmıştır. Elde edilen farkların maksimum, minimum, ortalama değerleri ve standart sapmaları Tablo 2 de verilmektedir. Tablo 2. Koordinat farklarına ilişkin maksimum, minimum, ortalama değerler ve standart sapmaları Noktalar POVE HLFX SKE0 Max Min Ort. Std. S. Max Min Ort. Std. S. Max Min Ort. Std. S. CLK10 CLK11 01:30 04:30 12:30 15:30 01:30 04:30 12:30 15:30 n (m) e (m) u (m) n (m) e (m) u (m) n (m) e (m) u (m) n (m) e (m) u (m) Sonuç ve Öneriler Çalışmada elde edilen sonuçlar incelendiğinde her üç istasyonda CLK10 ve CLK11 ürünleri için n ve e bileşeninde birkaç cm; u bileşeninde ise birkaç dm mertebesinde rölatif çözümlerden farklılıklar ortaya çıkmaktadır. Rölatif çözümden farkların maksimum ile minimum büyüklükleri arasındaki değerlerin CLK11 ürünü tercih edildiğinde daha küçük olduğu görülmektedir. Ortalama değerler incelendiğinde HLFX ve SKE0 istasyonlarında gerek CLK10 gerekse CLK11 ürünleri ile yapılan çözümlerde yerel saatle 01:30 04:30 (gece) da yapılan çözümlerin 12:30 15:30 (öğle) da yapılan çözümlere göre n, e bileşenlerinin rölatif çözüm sonuçlarına daha çok yakınsadığı görülmüştür. Buna karşın ekvatoral enlem bölgesinde yer alan POVE noktasında n ve e bileşenleri için tam tersi yönde sonuçlar elde edilmiştir. u bileşeni için ise POVE ve HLFX noktalarında gece yapılan ölçülerin rölatif çözümlere daha çok yakınsadığı, yüksek enlemdeki SKE0 noktasında yerel saat ile öğle vakti yapılan ölçümlerde u bileşeni için

6 6 rölatif sonuçlara daha çok yakınsadığı görülmüştür. CLK10 ve CLK11 kombine yörünge/saat ürünlerinin kullanıldığı tüm analizlerde gerçek zamanlı çözümlerin tamsayı belirsizliği çözümünün yaklaşık 30 dakika olduğu gözlemlenmiştir. Bu bağlamda mühendislik uygulamalarında cm-dm mertebesindeki doğruluk değerleri hedeflendiğinde, RT-PPP çözüm yaklaşımı gelişim süreci devam eden potansiyel bir konum belirleme tekniği olarak tercih edilebilir. Teşekkür BNC yazılım geliştiricisi Alman Kartografya ve Jeodezi Dairesi (BKG) ne, ayrıca Şekil 1 in çizimi için kullanılan GMT yazılımı geliştiricilerine (Wessel ve Smith 1998) teşekkür ederiz. Kaynaklar Jean, Y. ve Dach, R., eds. (2014). IGS Technical Report 2014, Astronomical Institute Unıversity Of Bern, Published in May Öcalan, T., (2015). GNSS Ağlarında GPS Hassas Nokta Konumlama (GPS-PPP) Tekniği Yaklaşımlı Çözümler, Doktora tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Öcalan, T. ve Soycan, M., (2012). RTCM/SSR Mesajları İle Gerçek Zamanlı Hassas Nokta Konumlama (PPP-RTK) Tekniği, Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi, 4, 2, Rizos, C., Janssen, V., Roberts, C. ve Grinter, T., (2012a). Precise Point Positioning: Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an End?, FIG Working Week 2012, 6-10 May 2012, Rome, Italy. Rizos, C., Janssen, V., Roberts, C. ve Grinter, T., (2012b). PPP Versus DGNSS, Geomatic World, September/October Wessel, P., ve W. H. F. Smith, (1998). New, improved version of Generic Mapping Tools released, EOS Trans. Amer. Geophys. U., vol. 79 (47), pp Zumberge, J.F., Heflin, M. B., Jefferson, D. C., Watkins, M. M. ve Webb, F. H., (1997). Precise Point Positioning for the Efficient and Robust Analysis of GPS Data from Large Networks, Journal of Geophysical Research, 102, B3, BKG-Alman Kartografya ve Jeodezi Dairesi internet sayfası, (2016). IGS Real-Time Service (RTS) internet sayfası, (2016). International GNSS Service (IGS) internet sayfası, (2016).