Wprowadzenie Opracowanie NRT GNSS ZTD Naziemne dane meteorologiczne Aplikacje GNSS Podsumowanie Model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych Jaroslaw BOSY (1) Witold ROHM (1,2) Jan KAPLON (1) Jan SIERNY(1) Tomasz HADAŚ (1) Karina WILGAN (1) Krzysztof KROSZCZYŃSKI (3) (1) Uniwersytet Przyrodniczy we Wroclawiu (2) Royal Melbourne Institute of Technology, Australia (3) Wojskowa Akademia Techniczna II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 1/31
48
Embed
Model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych · Wprowadzenie Opracowanie NRT GNSS ZTD Naziemne dane meteorologiczne Aplikacje GNSS Podsumowanie Model troposfery z obserwacji
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Model troposfery z obserwacji GNSS i meteorologicznych
Jarosław BOSY (1) Witold ROHM (1,2) Jan KAPŁON (1) Jan SIERNY(1)Tomasz HADAŚ (1) Karina WILGAN (1) Krzysztof KROSZCZYŃSKI (3)
(1) Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu(2) Royal Melbourne Institute of Technology, Australia
(3) Wojskowa Akademia Techniczna
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 1/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Meteorologia GNSS jest to zdalne sondowanie atmosfery wwykorzystaniem sygnałów GNSS. Ciągłe obserwacje z odbiorników GNSSstanowią doskonałe narzędzie do badania atmosfery ziemskiej.
Istnieje wiele zastosowań meteorologii GNSS :
Klimatologia - duża ilość jednolitych stacji, równomiernierozłożonych, 15 latnie ciągi obserwacyjne.
Meteorologia synoptyczna - Opóżnienia troposferyczne jakododatkowe dane dla modeli NWP.
Nowcasting - Opóżnienia troposferyczne jest standardowymproduktem czasu rzeczywistego używanym jako syntetyczny miernikstanu atmosfery.
4D Monitorowanie 4D - Opóżnienie troposferyczne jestwykorzystywane do budowy modelu tomografii celem opisuprzestrzennych i czasowych właściwości troposfery nad sieciąodbiorników GNSS.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 3/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Meteorologia GNSS jest to zdalne sondowanie atmosfery wwykorzystaniem sygnałów GNSS. Ciągłe obserwacje z odbiorników GNSSstanowią doskonałe narzędzie do badania atmosfery ziemskiej.
Istnieje wiele zastosowań meteorologii GNSS :
Klimatologia - duża ilość jednolitych stacji, równomiernierozłożonych, 15 latnie ciągi obserwacyjne.
Meteorologia synoptyczna - Opóżnienia troposferyczne jakododatkowe dane dla modeli NWP.
Nowcasting - Opóżnienia troposferyczne jest standardowymproduktem czasu rzeczywistego używanym jako syntetyczny miernikstanu atmosfery.
4D Monitorowanie 4D - Opóżnienie troposferyczne jestwykorzystywane do budowy modelu tomografii celem opisuprzestrzennych i czasowych właściwości troposfery nad sieciąodbiorników GNSS.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 3/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Meteorologia GNSS jest to zdalne sondowanie atmosfery wwykorzystaniem sygnałów GNSS. Ciągłe obserwacje z odbiorników GNSSstanowią doskonałe narzędzie do badania atmosfery ziemskiej.
Istnieje wiele zastosowań meteorologii GNSS :
Klimatologia - duża ilość jednolitych stacji, równomiernierozłożonych, 15 latnie ciągi obserwacyjne.
Meteorologia synoptyczna - Opóżnienia troposferyczne jakododatkowe dane dla modeli NWP.
Nowcasting - Opóżnienia troposferyczne jest standardowymproduktem czasu rzeczywistego używanym jako syntetyczny miernikstanu atmosfery.
4D Monitorowanie 4D - Opóżnienie troposferyczne jestwykorzystywane do budowy modelu tomografii celem opisuprzestrzennych i czasowych właściwości troposfery nad sieciąodbiorników GNSS.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 3/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Meteorologia GNSS jest to zdalne sondowanie atmosfery wwykorzystaniem sygnałów GNSS. Ciągłe obserwacje z odbiorników GNSSstanowią doskonałe narzędzie do badania atmosfery ziemskiej.
Istnieje wiele zastosowań meteorologii GNSS :
Klimatologia - duża ilość jednolitych stacji, równomiernierozłożonych, 15 latnie ciągi obserwacyjne.
Meteorologia synoptyczna - Opóżnienia troposferyczne jakododatkowe dane dla modeli NWP.
Nowcasting - Opóżnienia troposferyczne jest standardowymproduktem czasu rzeczywistego używanym jako syntetyczny miernikstanu atmosfery.
4D Monitorowanie 4D - Opóżnienie troposferyczne jestwykorzystywane do budowy modelu tomografii celem opisuprzestrzennych i czasowych właściwości troposfery nad sieciąodbiorników GNSS.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 3/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Meteorologia GNSS jest to zdalne sondowanie atmosfery wwykorzystaniem sygnałów GNSS. Ciągłe obserwacje z odbiorników GNSSstanowią doskonałe narzędzie do badania atmosfery ziemskiej.
Istnieje wiele zastosowań meteorologii GNSS :
Klimatologia - duża ilość jednolitych stacji, równomiernierozłożonych, 15 latnie ciągi obserwacyjne.
Meteorologia synoptyczna - Opóżnienia troposferyczne jakododatkowe dane dla modeli NWP.
Nowcasting - Opóżnienia troposferyczne jest standardowymproduktem czasu rzeczywistego używanym jako syntetyczny miernikstanu atmosfery.
4D Monitorowanie 4D - Opóżnienie troposferyczne jestwykorzystywane do budowy modelu tomografii celem opisuprzestrzennych i czasowych właściwości troposfery nad sieciąodbiorników GNSS.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 3/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 18/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
MetodologiaInput dataPrzetwarzanie danych meteorologicznych
Porównania
GPT
WROC
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 19/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
MetodologiaInput dataPrzetwarzanie danych meteorologicznych
Porównania
GPT
WROC
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 19/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
MetodologiaInput dataPrzetwarzanie danych meteorologicznych
Wyniki
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 20/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
NRT ZTD - porównanie z wynikami MUT
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 21/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
PPP strategia przetwarzania
Bernese GPS Software (postprocessing)
Rozwiązanie a-priori atm. par. ZTD model correction estimationNo model none none noSaastamoinen standard atm. Saastamoinen noEstimation standard atm. Saastamoinen yesIGGHZG none GNSS (NRT) noIGGHZM meteor. dat. Saastamoinen no
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 22/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
PPP - porównanie z wynikami IGS
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 23/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
IWV - model 2D
IWV =ZWD
10−6 · Rw
(k ′2 +
k3
TM
)−1
gdzie Rw = 461.525± 0.003[Jkg−1K−1] stała gazowa dla pary wodnej,k ′2 = 24± 11 [K hPa−1], k3 = 3.75± 0.03 [105K 2 hPa−1] współczynniki refrakcji, aTM ≈ 70.2± 0.72 · T0 średnia ważona temperatura pary wodnej w atmosferze, T0temperatura na wysokości anteny GNSS.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 24/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
Metodologia
Rohm W., Bosy J. The verification of GNSS tropospheric tomography model in a mountainous
area. Advances in Space Research, Vol. 47, 2011, pp. 1721-1730. DOI: 10.1016/j.asr.2010.04.017
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 25/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
Tomografia troposfery GNSS
Danymi wejściowymi do tomografii GNSS są: opóżnienie troposferyczne wkierunku do satelity SWD, które są wynikami przetwarzania danych GNSS,dane meteorologiczne ze stacji naziemnych i wyniki z numerycznychmodeli prognozy pogody (NWP).
STD można rozłożyć na składową suchą (hydrostatyczną) SHD i mokrąSWD:
STD = SHD + SWD = md (ε)ZHD +mw (ε)ZWD
gdzie ε kątem elewacji satelity, a md (ε) i mw (ε) to funkcjeodzwzorowujące.
W tomografii GNSS SWD z powyższego równania jest powiązane zrefrakcyjnością dla części mokrej Nw :
SWD = A · Nw
gdzie A jest macierzą planu.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 26/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
Tomografia troposfery GNSS
Danymi wejściowymi do tomografii GNSS są: opóżnienie troposferyczne wkierunku do satelity SWD, które są wynikami przetwarzania danych GNSS,dane meteorologiczne ze stacji naziemnych i wyniki z numerycznychmodeli prognozy pogody (NWP).
STD można rozłożyć na składową suchą (hydrostatyczną) SHD i mokrąSWD:
STD = SHD + SWD = md (ε)ZHD +mw (ε)ZWD
gdzie ε kątem elewacji satelity, a md (ε) i mw (ε) to funkcjeodzwzorowujące.
W tomografii GNSS SWD z powyższego równania jest powiązane zrefrakcyjnością dla części mokrej Nw :
SWD = A · Nw
gdzie A jest macierzą planu.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 26/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
Tomografia troposfery GNSS
Danymi wejściowymi do tomografii GNSS są: opóżnienie troposferyczne wkierunku do satelity SWD, które są wynikami przetwarzania danych GNSS,dane meteorologiczne ze stacji naziemnych i wyniki z numerycznychmodeli prognozy pogody (NWP).
STD można rozłożyć na składową suchą (hydrostatyczną) SHD i mokrąSWD:
STD = SHD + SWD = md (ε)ZHD +mw (ε)ZWD
gdzie ε kątem elewacji satelity, a md (ε) i mw (ε) to funkcjeodzwzorowujące.
W tomografii GNSS SWD z powyższego równania jest powiązane zrefrakcyjnością dla części mokrej Nw :
SWD = A · Nw
gdzie A jest macierzą planu.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 26/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
model tomograficzny GNSS - Rozwiązania
Model A:
Nw = (AT · P · A)+ · AT · P · SWD(AT · P · A)+ = V · S+ · UT
gdzie P = CSWD−1 jest macierzą wag.
Model B:
∆Nw = (AT · A)+ · AT ·∆SWD(AT · A)+ = V · S+ · UT
Nw = Nwapriori + ∆Nw
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 27/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
model tomograficzny GNSS - Rozwiązania
Model A:
Nw = (AT · P · A)+ · AT · P · SWD(AT · P · A)+ = V · S+ · UT
gdzie P = CSWD−1 jest macierzą wag.
Model B:
∆Nw = (AT · A)+ · AT ·∆SWD(AT · A)+ = V · S+ · UT
Nw = Nwapriori + ∆Nw
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 27/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
Model tomograficzny GNSS - Wyniki
Model A:Nw z danych GNSS
SWD (zielony)Nw z modelu
referencyjnego(niebieski)
Model B:Nw z danych GNSS
SWD (zielony)Nw z modelu
referncyjnego(niebieski)
Nw z modelu apriori (różowy)
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 28/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
Model tomograficzny GNSS - Wyniki
Model A:Nw z danych GNSS
SWD (zielony)Nw z modelu
referencyjnego(niebieski)
Model B:Nw z danych GNSS
SWD (zielony)Nw z modelu
referncyjnego(niebieski)
Nw z modelu apriori (różowy)
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 28/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
Model tomograficzny GNSS - Wyniki
Model A:Nw z danych GNSS
SWD (zielony)Nw z modelu
referencyjnego(niebieski)
Model B:Nw z danych GNSS
SWD (zielony)Nw z modelu
referncyjnego(niebieski)
Nw z modelu apriori (różowy)
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 28/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Dane wejściowePrecyzyjne pozycjonowanie GNSSMeteorologia GNSSModel tomograficzny GNSS
Model tomograficzny GNSS - Wyniki
Model A:Nw z danych GNSS
SWD (zielony)Nw z modelu
referencyjnego(niebieski)
Model B:Nw z danych GNSS
SWD (zielony)Nw z modelu
referncyjnego(niebieski)
Nw z modelu apriori (różowy)
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 28/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Podsumowanie
1 Model troposfery NRT oparty o dane GNSS i meteorologicznemoże być stosowany w serwisach pozycjonowania GNSS czasierzeczywistym i post-processingu w systemach GBAS.
2 Istotnym elementem w pozycjonowaniu GNSS jest fakt, żeopóźnienia troposferyczne będą obliczane bezpośrednio zobserwacji, a nie jak teraz z modeli deterministycznych. Ma toszczególne znaczenie przys krótkich sesjach obserwacyjnych.
3 Tomograficzny model troposfery stworzony z danych GNSS imeteorologicznych może być konkurencyjny w stosunku domodeli numerycznych prognozy pogody (NWP), zwłaszcza dlanowcastingu.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 29/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Podsumowanie
1 Model troposfery NRT oparty o dane GNSS i meteorologicznemoże być stosowany w serwisach pozycjonowania GNSS czasierzeczywistym i post-processingu w systemach GBAS.
2 Istotnym elementem w pozycjonowaniu GNSS jest fakt, żeopóźnienia troposferyczne będą obliczane bezpośrednio zobserwacji, a nie jak teraz z modeli deterministycznych. Ma toszczególne znaczenie przys krótkich sesjach obserwacyjnych.
3 Tomograficzny model troposfery stworzony z danych GNSS imeteorologicznych może być konkurencyjny w stosunku domodeli numerycznych prognozy pogody (NWP), zwłaszcza dlanowcastingu.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 29/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Podsumowanie
1 Model troposfery NRT oparty o dane GNSS i meteorologicznemoże być stosowany w serwisach pozycjonowania GNSS czasierzeczywistym i post-processingu w systemach GBAS.
2 Istotnym elementem w pozycjonowaniu GNSS jest fakt, żeopóźnienia troposferyczne będą obliczane bezpośrednio zobserwacji, a nie jak teraz z modeli deterministycznych. Ma toszczególne znaczenie przys krótkich sesjach obserwacyjnych.
3 Tomograficzny model troposfery stworzony z danych GNSS imeteorologicznych może być konkurencyjny w stosunku domodeli numerycznych prognozy pogody (NWP), zwłaszcza dlanowcastingu.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 29/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
Publikacje
1 Rohm W., Bosy J. (2009) Local tomography troposphere model over mountains area.Atmospheric Research, Vol. 93 No. 4, 2009, pp. 777-783, DOI:10.1016/j.atmosres.2009.03.013 (IF 1.811);
2 Bosy J., Rohm W., Borkowski A., Figurski M., Kroszczyński K. (2010) Integration andverification of meteorological observations and NWP model data for the local GNSStomography. Atmospheric Research, Vol. 96 , 2010, pp. 522-530, DOI:10.1016/j.atmosres.2009.12.012 (IF 1.597);
3 Bosy J., Rohm W., Sierny J. (2010) The concept of Near Real Time atmosphere modelbased of GNSS and meteorological data from ASG-EUPOS reference stations. ActaGeodynamica et Geomaterialia, Vol. 7 No. 3 (159), Prague 2010, pp. 253-261 (IF 0.452);
4 Rohm W., Bosy J. (2011) The verification of GNSS tropospheric tomography model in amountainous area. Advances in Space Research, Vol. 47 No. , 2011, pp. 1721-1730, DOI:10.1016/j.asr.2010.04.017 (IF 1.079);
5 Rohm W. (2012) The precision of humidity in GNSS tomography. Atmospheric Research,Vol. 107, 2012, pp. 69-75, DOI: 10.1016/j.atmosres.2011.12.008 (IF 1.911);
6 Rohm W. (2012) The ground GNSS tomography - unconstrained approach. Advances inSpace Research, Available online 24 September 2012, DOI: 10.1016/j.asr.2012.09.021 (IF1.178);
7 Bosy J., Kaplon, J., Rohm W., Sierny J. and Hadas, T.(2012) Near real-time estimation ofwater vapour in the troposphere using ground GNSS and the meteorological data. AnnalesGeophysicae, Vol. 30, Gottingen, Germany 2012, pp. 1379-1391, DOI:10.5194/angeo-30-1379-2012 (IF 1.842);
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 30/31
WprowadzenieOpracowanie NRT GNSS ZTD
Naziemne dane meteorologiczneAplikacje GNSSPodsumowanie
PodziękowaniaPraca została sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego:projekty nr N N526 197238 i N R09 0010 10, we współpracy z Głównym UrzędemGeodezji i Kartografii oraz Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Superkomputerowego(http://www.wcss.wroc.pl/ ): grant obliczeniowy w środowisku programistycznymMatlab - licencja nr 101979.
II Konferencją Użytkowników ASG-EUPOS, Katowice, 22 Listopad 2012 31/31