SKPOS®

Slovenská priestorová observačná služba (SKPOS) je multifunkčný nástroj na presné určovanie polohy objektov a javov pomocou globálnych navigačných družicových systémov (ďalej GNSS). SKPOS pozostáva zo siete permanentných referenčných staníc GNSS pripojených pomocou privátnej virtuálnej siete do Národného servisného centra nachádzajúceho sa na Geodetickom a kartografickom ústave v Bratislave (ďalej GKÚ Bratislava). Národné servisné centrum je vybavené riadiacim softvérom služby, ktorý spravuje namerané družicové observácie zo siete permanentných referenčných staníc a zároveň generuje tzv. sieťové korekcie pre používateľov využívajúcich službu v reálnom čase a údaje slúžiace na dodatočné spracovanie pre používateľov vybavených postprocesingovým softvérom.

SKPOS predstavuje v súčasnosti najvyužívanejšiu službu Odboru geodetických základov GKÚ Bratislava a svojim používateľom je k dispozícii 24 hodín denne. So svojou infraštruktúrou permanentných referenčných staníc GNSS reprezentuje aktívne geodetické základy Slovenska a väčšina jej bodov tvorí najvyššiu A triedu bodov Štátnej priestorovej siete. Služba umožňuje používateľom služby pracovať on-line (kinematickou metódou v reálnom čase s využitím sieťového riešenia) alebo dodatočne v záväzných geodetických referenčných systémoch ETRS89 a S-JTSK (v realizácii JTSK03). V prípade záujmu o súradnice v realizácii JTSK, je odporúčané použitie voľne prístupnej rezortnej transformačnej služby alebo softvéru podporujúceho konverziu súradníc na základe zverejnenej prevodovej interpolačnej tabuľky JTSK03 ↔ JTSK.

Legislatíva

Podľa zákona Národnej rady Slovenskej republiky č. 215/1995 Z. z. o geodézii a kartografii v znení neskorších predpisov (ďalej Zákon 215/1995) predstavuje permanentná lokalizačná služba, ktorá využíva globálne navigačné družicové systémy sieť kooperujúcich staníc, ktorá spracúva a v reálnom čase poskytuje geocentrické súradnice na presnú lokalizáciu objektov a javov. V zmysle §4 bod 2n Zákona 215/1995, je úlohou Úradu geodézie, kartografie a katastra Slovenskej republiky (ďalej ÚGKK SR) ako ústredného orgánu štátnej správy zabezpečiť tvorbu a prevádzkovanie takejto permanentnej lokalizačnej služby, ktorá využíva globálne navigačné družicové systémy. ÚGKK SR touto úlohou Vyhláškou ÚGKK SR č. 300/2009 Z.z., ktorou sa vykonáva zákon 215/1995 (ďalej Vyhláška ÚGKK SR 300/2009), poveril svoju výkonnú organizáciu GKÚ Bratislava. GKÚ Bratislava ako právnická osoba zriadená ÚGKK SR v zmysle Vyhlášky ÚGKK SR 300/2009 zabezpečuje, spravuje a prevádzkuje Slovenskú priestorovú observačnú službu (SKPOS) ako permanentnú lokalizačnú službu. Podľa §3 bod 2 Vyhlášky ÚGKK SR č. 300/2009 predstavuje SKPOS aktívne geodetické základy SR, na ktoré je povinnosť nadväzovať výsledky všetkých vybraných geodetických a kartografických činností preberaných do štátnej dokumentácie a odovzdávaných v záväzných geodetických systémoch.

Smernica na vykonávanie geodetických meraní prostredníctvom Slovenskej priestorovej observačnej služby

Kinematická metóda v reálnom čase – RTK
Sieťové riešenie v reálnom čase – RTN

Kinematická metóda v reálnom čase (ďalej RTK) vyžaduje prístrojové vybavenie pozostávajúce z jedného referenčného nepohybujúceho sa prijímača označovaného aj ako báza a druhého pohybujúceho sa prijímača označovaného aj ako rover. Oba prijímače musia simultánne uskutočňovať fázové merania na družice GNSS. Medzi prijímačmi musí fungovať neustále rádiové alebo internetové spojenie, pomocou ktorého je zabezpečovaný prenos meraných dát z referenčného prijímača do pohybujúceho sa prijímača. Pohybujúci sa prijímač musí mať v sebe zabudovaný softvér na spracovanie fázových meraní, na základe ktorých je hneď po inicializácii schopný z prijatých a z vlastných meraní vytvárať diferencie a počítať relatívnu polohu vzhľadom na polohu referenčného prijímača. Treba mať ale na pamäti, že presnosť RTK klesá s narastajúcou vzdialenosťou pohybujúceho sa prijímača od referenčného. Metóda je tak spoľahlivá pri dĺžkach základnice do cca 20 kilometrov, vzhľadom na rozdielne rozloženie hmôt v atmosfére a odlišné podmienky medzi miestom referenčného a pohybujúceho sa prijímača. Na kompenzovanie tohto nedostatku bola vyvinutá metóda Real-Time Network (ďalej RTN). Metóda RTN využíva sieť referenčných staníc rozmiestnených po zaujmovom území v odporúčanej vzdialenosti, ktoré v reálnom čase odosielajú svoje observácie do riadiaceho centra, kde sú spracovávané. Softvér v riadiacom centre zo spracovaných údajov pomocou pokročilých algoritmov generuje sieťové riešenie, ktoré je vysielané používateľom prostredníctvom internetu a to slúži na výpočet diferencií, čiže relatívne určenie polohy rovera používateľa.

Existuje niekoľko RTN konceptov ako napríklad MAX, FKP, VRS, a i. Služba SKPOS poskytuje svojim používateľom korekcie v koncepte virtuálnej referenčnej stanice (ďalej VRS) a v koncepte najbližšej referenčnej stanice. Koncept VRS je založený na generovaní korekcií pre VRS, nachádzajúcu sa v blízkosti miesta pohybujúceho sa prijímača (len niekoľko metrov). Pohybujúci sa prijímač používa a interpretuje dáta z VRS rovnako, ako keby pochádzali z reálnej referenčnej stanice nachádzajúcej sa v jeho blízkosti. V praxi to prebieha tak, že rover používateľa po úspešnej autorizácii pošle svoju približnú polohu vo forme NMEA GGA správy do riadiaceho centra SKPOS prostredníctvom internetu. Softvér v riadiacom centre SKPOS akceptuje túto polohu ako lokalitu pre novú VRS, vypočíta korekcie pre túto VRS a odošle ich späť do rovera v štandarde RTCM alebo inom proprietárnom formáte. Akonáhle ich rover príjme, považuje ich za údaje z referenčnej stanice a spracovaním ako pri metóde RTK určí relatívnu polohu. Súradnicový systém, rámec a epochu merania preberá z VRS, teda z nastavenia služby SKPOS.
Koncept najbližšej stanice je založený na odosielaní korekcií priamo z najbližšej referenčnej stanice. Negenerujú sa tak sieťové korekcie ale odosialané sú údaje priamo z najbližšej referenčnej stanice. V praxi to prebieha tak, že pohybujúci sa rover po úspešnej autorizácií pošle svoju približnú polohu vo forme NMEA GGA správy do riadiaceho centra SKPOS prostredníctvom internetu. Softvér na základe tejto približnej polohy identifikuje najbližšiu referenčnú stanicu a začne odosielať údaje priamo z tejto referenčnej stanice. Vzhľadom na rozdielne rozloženie hmôt v atmosfére a odlišné podmienky medzi miestom referenčného a pohybujúceho sa prijímača je metóda spoľahlivá do vzdialenosti 20 km od referenčnej stanice. Výhodou metódy je, že sa odosiela väčší počet družíc ako pri metóde VRS. Viac informácií o koncepte najbližšej referenčnej stanice nájdete v sekcií návody.

Infraštruktúra SKPOS

• Sieť referenčných staníc
• Národné servisné centrum
• Virtuálna privátna sieť

Sieť referenčných staníc (zoznam referenčných staníc)

Služba SKPOS reprezentuje aktívne geodetické základy Slovenska. Fyzické geodetické body, na ktorých sú umiestnené antény prijímačov služby SKPOS tvoria sieť referenčných staníc globálnych navigačných družicových systémov z ktorých podstatná časť tvorí najvyššiu triedu bodov geodetických základov t.j. A triedu Štátnej priestorovej siete. Sieť referenčných staníc služby SKPOS pozostáva z referenčných staníc situovaných na území Slovenska, ale aj z referenčných staníc situovaných v prilahľom zahraničí na základe dohody o výmene údajov zo zahraničných staníc s okolitými správcami národných služieb.

Referenčné stanice situované na území Slovenska sú vybudované na nosných častiach na strechách budov prevažne katastrálnych odborov okresných úradov, prípadne sú stabilizované pomocou železobetónového piliera, alebo špeciálnou hĺbkovo vŕtanou tyčovou stabilizáciou. Polohy súradníc referenčných staníc sú počítané vedeckým softvérom Bernese. Referenčné stanice situované na území Slovenska sú taktiež pripojené presnou niveláciou k Štátnej nivelačnej sieti, čo umožnilo určenie ich nadmorských výšok v systéme Bpv.

Všetky referenčné stanice umiestnené na území Slovenska sú vybavené aparatúrami značky Trimble. 21 antén má určené presné parametre polohy a variácie fázového centra individuálnou absolútnou robotickou kalibráciou. Na ostatných anténach sú pri výpočtoch používané hodnoty z tzv. typových absolútnych kalibrácii. Všetky referenčné stanice situované na území Slovenska prijímajú signály z družicových systémov GPS, GLONASS, Galileo a BeiDou. Až 22 permanentných staníc situovaných na Slovensku spĺňa typom stabilizácie (stabilizácia pomocou železobetónového piliera alebo hĺbkovo vŕtaná tyčová stabilizácia) aj vysoké nároky na kvalitu stabilizácie, a preto sú tieto zaradené aj do siete používanej na diagnostikovania deformácií zemského povrchu na území Slovenska.

Národné servisné centrum

Národné servisné centrum služby SKPOS sa nachádza v Geodetickom a kartografickom ústave Bratislava a zabezpečuje všetky činnosti spojené s jej rutínnou prevádzkou a rozvojom. Národné centrum zabezpečuje správu referenčných staníc a ich monitorovanie, zhromažďovanie a zálohovanie údajov, sledovanie chodu riadiaceho softvéru zabezpečujúceho generovanie korekcií pre jednotlivé služby, registráciu používateľov a kontakt s nimi a monitorovanie kvality poskytovaných služieb. Prevažná väčšina rutínnych činnosti sa zabezpečuje pomocou riadiaceho a spracovateľského softvéru, ktorý je od počiatku rovnakej značky ako infraštruktúra referenčných staníc. V rámci rozvoja služby zabezpečuje národné servisné centrum rôzne analýzy údajov získaných a ukladaných riadiacim softvérom služby a tvorbu a správu aplikácii využívajúcich údaje zo služby. Samozrejmosťou je aj spolupráca s partnerskými zahraničnými polohovými službami a rôznymi medzinárodnými organizáciami a propagácia služby a jej prezentovanie na odborných podujatiach alebo v odborných časopisoch.

Virtuálna privátna sieť WPS-WAN

Z dôvodu potreby kvalitnej a stabilnej komunikácie medzi referenčnými stanicami služby SKPOS a národným servisným centrom, je väčšina referenčných staníc umiestnená v blízkosti katastrálnych odborov Okresných úradov, ktoré sú pripojené na rezortnú virtuálnu privátnu sieť (VPS). K ostatným referenčným staniciam situovaným na území Slovenska je VPS vybudovaná najmä cez pevné pripojenia. VPS slúži na prenos údajov z referenčných staníc do národného servisného centra a na komunikáciu s používateľmi prostredníctvom internetu. Zahraničné stanice partnerských národných polohových služieb sú zapojené do SKPOS prostredníctvom externej WAN siete.

Vybavenie potrebné pre používateľa SKPOS

Prijímač GNSS umožňujúci:

• pracovať metódou RTK/RTN,
• mobilné pripojenie na internet (GSM/GPRS/3G/...),
• príjem dát pomocou NTRIP protokolu a podpora niektorého z formátov RTCM 2.1, RTCM 2.3, RTCM 3.1, RTCM 3.4, CMRx, CMR+,
• odosielanie aktuálnej polohy v tvare NMEA GGA správy.

Pre správnu transformáciu výsledných súraníc z ETRS89 do systému S-JTSK (JTSK03) musia byť v prijímači GNSS nastavené:

• správne parametre Besselovho elipsoidu:
  • dĺžka hlavnej polosi: 6377397,155 m
  • inverzné sploštenie: 299,1528128
• správne parametre globálneho transformačného kľúča:
  • Smer transformácie S-JTSK(JTSK03) → ETRS89:
    • Translácia v smere osi X: tx = 485,021 m
    • Translácia v smere osi Y: ty = 169,465 m
    • Translácia v smere osi Z: tz = 483,839 m
    • Rotácia osi X: rx = –7,786342"
    • Rotácia osi Y: ry = –4,397554"
    • Rotácia osi Z: rz = –4,102655"
    • Parameter zmeny mierky: m = 0,000000 ppm
  • Smer transformácie ETRS89→S-JTSK(JTSK03):
    • Translácia v smere osi X: tx = –485,014055 m
    • Translácia v smere osi Y: ty = –169,473618 m
    • Translácia v smere osi Z: tz = –483,842943 m
    • Rotácia osi X: rx = 7,78625453"
    • Rotácia osi Y: ry = 4,39770887"
    • Rotácia osi Z: rz = 4,10248899"
    • Parameter zmeny mierky: m = 0,000000 ppm

Pozn. Vyššie uvedené parametre globálneho transformačného kľúča sú vysielané prostredníctvom RTCM3.x správy č. 1021 (pri použití mountpointu SKPOS_CM_31, SKPOS_CM_32, SKPOS_CM_32_MSM7, SKPOS_CM_NS_34_MSM7).

Na konverziu súradníc S-JTSK z realizácie JTSK03 do realizácie JTSK je odporúčané použitie Rezortnej transformačnej služby, alebo použitie prevodovej interpolačnej tabuľky JTSK03 ↔JTSK implementovanej do prijímača GNSS.

Na prevod elipsoidických výšok zo systému ETRS89 na nadmorské výšky v systéme Bpv je možné využiť taktiež vysielanú RTCM3.x správu č. 1023 (pri použití mountpointu SKPOS_CM_31, SKPOS_CM_32, SKPOS_CM_32_MSM7, SKPOS_CM_NS_34_MSM7) alebo pomocou implementácie Digitálneho výškového referenčného modelu (DVRM) do prijímača. Rôzne typy formátov DVRM si môžete stiahnúť v záložke Geodetické základy - Na stiahnutie, prípadne je možné použitie Rezortnej transformačnej služby.

Návody

• Návod na generovanie údajov pre postprocesing
• SKPOS Online Postprocesing – návod na prácu
• Koncept najbližšej referenčnej stanice
• BeiDou tretej generácie (BeiDou-3)

SKPOS ako súčasť EUPOS

EUPOS (European Position Determination System) je medzinárodná nezisková iniciatíva verejných inštitúcií krajín najmä zo strednej a východnej Európy poskytujúcich služby GNSS na svojich územiach. Jej cieľom je uľahčiť vytváranie a podporiť prevádzku multifunkčných pozemných systémov spresňujúcich GNSS merania na unifikovanom základe, konať ako európska organizácia zastupujúca hlas predstaviteľov verejných polohových služieb, spolupracovať s vedecko-výskumnými organizáciami a spolupracovať s medzinárodnými organizáciami ako je napr. RTCM. Iniciatíva vznikla v roku 2002 s cieľom vybudovať na územiach členských krajín polohové služby GNSS po vzore nemeckej služby SAPOS, čím bol iniciovaný aj neskorší vznik SKPOS. V súčasnosti tvorí EUPOS 14 členských krajín. Polohové služby členských organizácii (krajín) sú budované a prevádzkované na základe jednotných štandardov a noriem čo vedie k vzájomnej interoperabilite jednotlivých národných polohových služieb a k jednoduchej spolupráci pri výmene dát. Slovensko resp. GKÚ so službou SKPOS je od počiatku vzniku iniciatívy jej integrálnou súčasťou a dodržiava jej štandardy.

SKPOS ako súčasť EPN Densification

GKÚ Bratislava je okrem prevádzkovateľa služby SKPOS aj operačným centrom (OC) permanentnej siete EUREF (EPN), ktoré vykonáva rutinné spracovanie a výpočet presných súradníc referenčných staníc SKPOS, čím prispieva k tzv. zhusteniu siete EPN staníc v Európe a realizácii systému ETRS89 na území Slovenska. Každý týždeň sú vedeckým GNSS softvérom Bernese 5.2 počítané denné a týždenné (kombinované) súradnicové riešenia siete SKPOS vo formáte SINEX, a následne posielané do kombinačných centier EPN, kde sa kombinujú s ďalšími národnými riešeniami (tzv. projekt EPN Densification).