Moduł modelowania i predykcji stanu troposfery projekt ASG+

Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Moduł modelowania i predykcji stanu troposfery
projekt ASG+ Budowa modułów wspomagania serwisów
czasu rzeczywistego systemu ASG-EUPOS
Jarosław BOSY Witold ROHM Jan KAPŁON Jan SIERNY
Instytut Geodezji i Geoinformatyki
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
1/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Założenia projektu ASG+
Opóźnienie troposferyczne
Motywacja
Moduł modelowania troposfery
Schemat organizacyjny modułów wspomagających ASG-EUPOS
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
2/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Założenia projektu ASG+
Opóźnienie troposferyczne
Motywacja
Moduł modelowania troposfery
Poznanie struktury troposfery pozwoli na precyzyjne wyznaczenie pozycji
technikami satelitarnymi GNSS
Sygnał bez modelu propagacji
Sygnał z modelem propagacji
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
3/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Założenia projektu ASG+
Opóźnienie troposferyczne
Motywacja
Moduł modelowania troposfery
Geodezyjna
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
4/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Założenia projektu ASG+
Opóźnienie troposferyczne
Motywacja
Moduł modelowania troposfery
Meteorologiczna
Meteorologia GNSS to nauka związana z teledetekcyjnym badaniem
atmosfery przy użyciu sygnałów GNSS. Permanentne obserwacje z
odbiorników GNSS są doskonałym narzędziem do analizy stanu atmosfery
ziemskiej.
Niektóre zastsowania meteorologii GNSS
Klimatologia - ze względu na już 15 letnią historię pomiarów oraz
znaczną ilość gęsto rozmieszczonych, działających w jednej sieci
odbiorników.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
5/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Założenia projektu ASG+
Opóźnienie troposferyczne
Motywacja
Moduł modelowania troposfery
Meteorologiczna
Meteorologia GNSS to nauka związana z teledetekcyjnym badaniem
atmosfery przy użyciu sygnałów GNSS. Permanentne obserwacje z
odbiorników GNSS są doskonałym narzędziem do analizy stanu atmosfery
ziemskiej.
Niektóre zastsowania meteorologii GNSS
Klimatologia - ze względu na już 15 letnią historię pomiarów oraz
znaczną ilość gęsto rozmieszczonych, działających w jednej sieci
odbiorników.
Meteorologia Synoptyczna - Tropospheric Delay (TD) jeden z
produktów sieci GNSS jest asymilowany do NWP.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
5/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Założenia projektu ASG+
Opóźnienie troposferyczne
Motywacja
Moduł modelowania troposfery
Meteorologiczna
Meteorologia GNSS to nauka związana z teledetekcyjnym badaniem
atmosfery przy użyciu sygnałów GNSS. Permanentne obserwacje z
odbiorników GNSS są doskonałym narzędziem do analizy stanu atmosfery
ziemskiej.
Niektóre zastsowania meteorologii GNSS
Klimatologia - ze względu na już 15 letnią historię pomiarów oraz
znaczną ilość gęsto rozmieszczonych, działających w jednej sieci
odbiorników.
Meteorologia Synoptyczna - Tropospheric Delay (TD) jeden z
produktów sieci GNSS jest asymilowany do NWP.
Nowcasting - TD a także pochodne IWV, IPWV w czasie prawie
rzeczywistym mogą stanowić element monitoringu i krótkiej predykcji
stanu pogody.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
5/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Założenia projektu ASG+
Opóźnienie troposferyczne
Motywacja
Moduł modelowania troposfery
Meteorologiczna
Meteorologia GNSS to nauka związana z teledetekcyjnym badaniem
atmosfery przy użyciu sygnałów GNSS. Permanentne obserwacje z
odbiorników GNSS są doskonałym narzędziem do analizy stanu atmosfery
ziemskiej.
Niektóre zastsowania meteorologii GNSS
Klimatologia - ze względu na już 15 letnią historię pomiarów oraz
znaczną ilość gęsto rozmieszczonych, działających w jednej sieci
odbiorników.
Meteorologia Synoptyczna - Tropospheric Delay (TD) jeden z
produktów sieci GNSS jest asymilowany do NWP.
Nowcasting - TD a także pochodne IWV, IPWV w czasie prawie
rzeczywistym mogą stanowić element monitoringu i krótkiej predykcji
stanu pogody.
4D monitoring - TD jako źródło danych do modelu tomograficznego
- umożliwiającego monitoring troposfery 4D.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
5/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Założenia projektu ASG+
Opóźnienie troposferyczne
Motywacja
Moduł modelowania troposfery
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
6/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Infrastruktura IT do pozyskiwania i opracowania danych
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
7/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Opracowanie danych GNSS NRT
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
8/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Wyznaczanie Zenith Total Delay (ZTD), Near Real Time (NRT)
Wyniki estymacji ZTD metodą wzgledną:
(Kapłon J., Rohm W., Bosy J., Sierny J. NRT
GNSS data processing service for regional GNSS tomography. European Geosciences Union General Assembly 2011,
Vienna - Austria, 03 – 08 April 2011 )
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
9/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Obserwacje meteorologiczne z ASG-EUPOS
RINEX M file:
11 03 17 20 00 01 989.4 5.3 94.7
11 03 17 20 00 31 989.4 5.3 94.8
11 03 17 20 01 01 989.4 5.3 94.7
11 03 17 20 01 31 989.4 5.4 94.8
11 03 17 20 02 01 989.4 5.3 94.7
11 03 17 20 02 31 989.4 5.3 94.7
11 03 17 20 03 01 989.4 5.3 94.7
11 03 17 20 03 31 989.4 5.4 94.8
11 03 17 20 04 01 989.5 5.4 94.7
11 03 17 20 04 31 989.4 5.3 94.7
11 03 17 20 05 01 989.4 5.4 94.7
11 03 17 20 05 31 989.5 5.4 94.7
11 03 17 20 06 01 989.5 5.4 94.7
11 03 17 20 06 31 989.5 5.4 94.7
11 03 17 20 07 01 989.5 5.4 94.7
11 03 17 20 07 31 989.5 5.4 94.7
11 03 17 20 08 01 989.5 5.4 94.7
11 03 17 20 08 31 989.5 5.4 94.7
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
10/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Obserwacje meteorologiczne z systemu METAR
METAR file:
METAR: 2011/04/01 00:00
EPWR 010000Z 23006KT
200V260 9999 -RA FEW013
BKN026 13/09 Q1016
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
11/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Obserwacje meteorologiczne z systemu SYNOP
SYNOP file:
12100,2011,03,24,06,00,AAXX
24061 12100 11456 82706 10041
20023 30263 40270 54000 60002
710// 885// 333 10062 20035
30002 55083 21497 91011 91111
93000=
12100,2011,03,24,12,00,AAXX
24121 12100 12965 12606 10069
20044 30255 40262 58003 60001
80001 333 91011 91114 93000=
12100,2011,03,24,18,00,AAXX
24181 12100 12965 22704 10061
20030 30235 40242 55006 60002
80002 333 10081 20034 91011
91114 93000=
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
12/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Dostępność danych meteorologicznych
Schemat dostępności i pozyskania danych meteorologicznych
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
13/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Integracja danych meteorologicznych - 1
Procedura interpolacji:
(Borkowski A., Bosy J., Kontny B. Meteorological Data and Determination of
Heights in Local GPS Networks - Preliminary Results. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities
(EJPAU), s. Geodesy and Cartography, Vol. 5 No. 2, Wrocław 2002 )
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
14/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Pozyskiwanie danych GNSS i meteorologicznych w czasie rzeczywistym
Opracowanie danych GNSS w czasie prawie rzeczywistym
Dane meteorologiczne
Integracja i weryfikacja danych meteorologicznych
Integracja danych meteorologicznych - 1
Wyniki dla stacji WROC i KATO:
(Rohm W., Sierny J., Bosy J., Kaplon J. In-situ
meteorological data interpolation and homogenization procedure for NRT GNSS tomography. European
Geosciences Union General Assembly 2011, Vienna - Austria, 03 – 08 April 2011 )
Wartości interpolowane(kolor czerwony), Wartości obserwowane (kolor niebieski)
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
15/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
GNSS tomography model
W tomografii GNSS SWD jest związane z
refrakcyjnością części mokrej troposfery Nw przez
równanie:
SWD = A · Nw
gdzie A to macierz planu.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
16/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
GNSS tomography model
W tomografii GNSS SWD jest związane z
refrakcyjnością części mokrej troposfery Nw przez
równanie:
SWD = A · Nw
gdzie A to macierz planu.
Aby znaleźć refrakcyjność w elemencie modelu
(voxlu) należy odwrócić równanie (1), co można w
teorii uzyskać z metody najmnijeszych kwadratów.
Nw = (AT · P · A)−1 · AT · P · SWD T
gdzie P to macierz wag.
Macierz wag P jest zbudowana jako odwrotność
macierzy wariancyjno-kowariancyjnej obserwacji
SWD według wzoru:
P = CSWD −1 .
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
16/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
1
Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego
opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D
rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT
4DTPD) w troposferze na obszarze Polski.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
17/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
1
Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego
opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D
rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT
4DTPD) w troposferze na obszarze Polski.
2
Zastosowanie modelu tomograficznego GNSS pozwoli na wyznaczenie 4D
rozkładu pary wodnej w atmosferze w przestrzeni objętej modelem.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
17/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
1
Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego
opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D
rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT
4DTPD) w troposferze na obszarze Polski.
2
Zastosowanie modelu tomograficznego GNSS pozwoli na wyznaczenie 4D
rozkładu pary wodnej w atmosferze w przestrzeni objętej modelem.
3
Integracja danych meteorologicznych i numerycznych modeli prognozy
pogody pozwoli na budowę wysokorozdzielczych 4D modeli rozkładu
parametrów meteorologicznych.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
17/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
1
Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego
opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D
rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT
4DTPD) w troposferze na obszarze Polski.
2
Zastosowanie modelu tomograficznego GNSS pozwoli na wyznaczenie 4D
rozkładu pary wodnej w atmosferze w przestrzeni objętej modelem.
3
Integracja danych meteorologicznych i numerycznych modeli prognozy
pogody pozwoli na budowę wysokorozdzielczych 4D modeli rozkładu
parametrów meteorologicznych.
4
Modele NRT stanu troposfery będą wykorzystywane w serwisach czasu
rzeczywistego i postprocessingu systemu ASG-EUPOS zarówno obecnie
funkcjonujących, jak proponowanym w tym projekcie module
ultraszybkiego pozycjonowania GNSS.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
17/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
1
Efekt końcowy projektu stanowić będą modele czasu quasi rzeczywistego
opóźnienia troposferycznego (NRT ZTD i ZWD) oraz modele 4D
rozkładów pary wodnej (NRT 4DWVD), temperatury i ciśnienia (NRT
4DTPD) w troposferze na obszarze Polski.
2
Zastosowanie modelu tomograficznego GNSS pozwoli na wyznaczenie 4D
rozkładu pary wodnej w atmosferze w przestrzeni objętej modelem.
3
Integracja danych meteorologicznych i numerycznych modeli prognozy
pogody pozwoli na budowę wysokorozdzielczych 4D modeli rozkładu
parametrów meteorologicznych.
4
Modele NRT stanu troposfery będą wykorzystywane w serwisach czasu
rzeczywistego i postprocessingu systemu ASG-EUPOS zarówno obecnie
funkcjonujących, jak proponowanym w tym projekcie module
ultraszybkiego pozycjonowania GNSS.
5
Opracowany w ramach projektu moduł da możliwość zaoferowania
krajowym i międzynarodowym służbom meteorologicznych nie tylko
obserwacji GNSS i meteorologicznych ze stacji permanentnych GNSS, ale
gotowych produktów charakteryzujących się wysoką rozdzielczością
przestrzenną i czasową dla obszaru Polski.
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
17/18
Wprowadzenia
Opracowanie danych GNSS i meteorologicznych
Model atmosfery
Podsumowanie
Dziękuję za uwagę
[email protected]
Podziękowania
Praca została zrealizowana w ramach grantu rozwojowego NCBiR N R09 0010
10 pt. Budowa modułów wspomagania serwisów czasu rzeczywistego
systemu ASG-EUPOS i z wykorzystaniem programu Matlab (nr licencji
101979) w ramach grantu obliczeniiowego WCSS (www.wcss.wroc.pl)
Satelitarne metody wyznaczania pozycji we współczesnej geodezji i nawigacji, Wrocław, 2-4 czerwca 2011 r.
18/18