GNSS jelentése ‘Global Navigation Satellite System’
A globális navigációs műholdrendszer (GNSS) lefedettséget biztosít a Föld bármely felhasználója számára, beleértve a levegőt, a földet és a vizet. Négy működő GNSS rendszer létezik: az Egyesült Államok Globális Helymeghatározó Rendszere (GPS), az Oroszország Globális Navigációs Műholdrendszere (GLONASS), a kínai BeiDou Navigációs Műholdrendszer (BDS) és az Európai Unió Galileo programja. Ezenkívül két regionális navigációs műholdrendszer (RNSS) létezik, a japán Kvázi-Zenit Műholdrendszer (QZSS) és az indiai Regionális Navigációs Műholdrendszer (IRNSS, más néven NavIC) formájában.
SBAS: Satellite Based Augmentation System (Műhold Alapú Kiegészítő Rendszerek) – a műholdas alapú augmentációs rendszer (SBAS) egy olyan rendszer, amelyet a globális GNSS rendszerek pontosságának növelésére terveztek. Az SBAS rendszerek közé tartozik a japán Quasi-Zenith Műholdrendszer (QZSS), az indiai GAGAN és az európai EGNOS, amelyek mindegyike GPS-alapú.
GBAS: Ground Based Augmentation System (Földi Telepítésű Kiegészítő Rendszerek) – a GNSS kiegészítő alrendszerek világszerte elterjedt lokális hálózatok, melyek fix földi telepítésű referencia-állomások.
A GBAS és a SBAS segítségével növelik a felhasználó vevők földrajzi helyzetmeghatározási pontosságát.
A műholdas navigációs eszközök nagy pontossággal (néhány centimétertől méterig) határozzák meg helyüket (hosszúság, szélesség és tengerszint feletti magasság) a műholdakról rádión keresztül, látóvonal mentén sugárzott időjelek segítségével. A rendszer használható pozíció meghatározásra, navigációra vagy vevővel felszerelt eszközök pozíciójának követésére (műholdkövetés). A jelek lehetővé teszik az elektronikus vevő számára, hogy nagy pontossággal kiszámítsa az aktuális helyi időt, ami lehetővé teszi az időszinkronizálást. Ezeket a felhasználási módokat együttesen helymeghatározásnak, navigációnak és időzítésnek (PNT) nevezik. A műholdas navigációs rendszerek függetlenül működnek minden telefonos vagy internetes vételtől, bár ezek a technológiák növelhetik a generált helymeghatározási információk hasznosságát.
Az egyes rendszerek globális lefedettségét általában 18-30 közepes Föld körüli pályán (MEO) keringő műholdból álló konstelláció biztosítja, amelyek több pályasík között helyezkednek el. A tényleges rendszerek eltérőek, de mindegyik >50°-os pályainklinációt és nagyjából tizenkét órás keringési időt használ (körülbelül 20 000 kilométeres magasságban).
GNSS PPP (Precise Point Positioning): egy nagy pontosságú technika, amely egyetlen vevőt, fejlett modelleket és precíz műholdpálya-/óraadatokat (globális hálózatokból) használ centiméteres szintű pozicionálás eléréséhez, jelentősen csökkentve a tipikus hibákat, mint például a légköri késéseket, az órajel-eltéréseket és a többutas terjedést, modellezéssel vagy korrekciók alkalmazásával, bár időre van szüksége a konvergáláshoz (a kétértelműségek feloldásához), és a legjobban kétfrekvenciás vevőkkel és jó műholdláthatósággal működik, globális lefedettséget biztosítva közeli bázisállomások nélkül.
Multi-Frequency/Multi-Constellation: Több műholdról (GPS, GLONASS, Galileo) érkező jelek és frekvenciák használata segít a hibák modellezésében és korrigálásában.
Fejlett antennák: A speciális antennák csökkentik a többutas terjedés hatásait.
A GNSS hibái a helymeghatározás pontatlanságai, amelyeket légköri késések (ionoszféra/troposzféra főleg nappal) okoznak, műholdakkal kapcsolatos problémák (órajel/pályahibák/műhold geometriája), vevővel kapcsolatos problémák (zaj/többutas terjedés) és relativisztikus hatások okoznak. A légköri késések általában a legnagyobb forrást jelentik, ami 5-10 méteres standard hibákhoz vezet, de a pontos helymeghatározás korrekcióival kezelhető.
A nagy pontosságú pozicionálás eléréséhez nemcsak magának a műholdrendszernek a pontosságát kell figyelembe venni, hanem olyan tényezők hatását is, mint a DOP-értékek, amit a GNSS eszközön meg is tudunk nézni.
A DOP (Dilution of Precision): a pontosság gyengülését jelenti, egy olyan mérőszám, amely a navigációs rendszerben lévő látható műholdak geometriai eloszlásának a pozicionálás pontosságára gyakorolt hatását méri. A vevő pozíciójának megbízhatóságát értékeli az égbolton lévő műholdak geometriai elrendezésének figyelembevételével. Amikor a navigációs műholdak közel helyezkednek el az égbolton, a geometriai konfiguráció gyengébb, ami magasabb DOP-értéket eredményez. Fordítva, amikor a műholdak távolabb helyezkednek el egymástól, a geometriai konfiguráció erősebb, ami alacsonyabb DOP-értéket eredményez.
DOP értéktartományok és jelentések:
< 1 (Ideális): Legnagyobb pontosság, tökéletes műholdeloszlás (pl. egy a fejünk felett, a többi jól el van helyezve).
1-2 (Kiváló): Nagyon pontos, kiváló a legtöbb precíz alkalmazáshoz.
2-5 (Jó): Megbízható navigációhoz és döntéshozatalhoz, gyakori a jó rögzítéseknél.
5-10 (Közepes): Használható, de a pontosság javítható; gyakran előfordul bizonyos akadályok (épületek, fák) esetén.
10-20 (Elég): Alacsony pontosság, csak durva helybecslésekhez; általában nem ajánlott.
> 20 (Gyenge): Rendkívül megbízhatatlan; az adatokat el kell vetni, mivel a mérések jelentős mértékben eltérhetnek.
Az ECDIS megbízhatósági zónái – CATZOC osztályozások, pontossági szintek és biztonságos navigáció az ECDIS térképeken
CATZOC (Categories of Zone of Confidence): A megbízhatósági zóna kategóriái a következők: – A1 kategória: Legnagyobb pontosság, legfeljebb ± 5 m + 5% mélységig ellenőrzött pozícióval. – A2 kategória: Nagy pontosság, legfeljebb ± 20 m pozícióval. – B kategória: Közepes pontosság, legfeljebb ± 50 m pozícióval. – C kategória: Alacsony pontosság, legfeljebb ± 500 m pozícióval.
A hajózási térképek, legyenek azok papíralapúak vagy elektronikusak, adatminőségükben eltérőek a felmérés kora, pontossága és teljessége miatt. A térképek több felmérést kombinálnak, így változó megbízhatóságú mozaik képét hozva létre. A távoli területeket gyakran kevésbé mérik fel, míg a nagy forgalmú zónákat gyakran frissítik a pontosság érdekében, különösen ott, ahol a gerinc alatti szabad magasság kritikus fontosságú.
A történelem során a tengerészek homályos papírtérkép-jelzőkre támaszkodtak, amelyek országonként eltérőek voltak, és jellemzően a felmérés korát, nem pedig a minőségét jelezték. Ezek az inkonzisztenciák miatt az ilyen adatok alkalmatlanok az olyan elektronikus rendszerek számára, mint az ECDIS, amelyek szabványosított automatizált ellenőrzéseket igényelnek.
Ennek megoldására a Nemzetközi Hidrográfiai Szervezet bevezette a megbízhatósági zónák (ZOC) rendszerét az elektronikus navigációs térképekhez (ENC-k). A ZOC következetes módszert kínál a mélységi adatok megbízhatóságának értékelésére, lehetővé téve a biztonságosabb navigációt a szabványosított értékelés révén.
Helymeghatározás pontossága és a CATZOC szerepe
A vízrajzi felmérés egyik legfontosabb tényezője a batimetrikus helymeghatározás pontossága, beleértve a mélységi kontúrokat, a zátonyszegélyeket és a tengerfenék jellemzőit. A pontosság a felmérések során használt helymeghatározó rendszerektől és a geodéziai adatok, például a WGS84 közötti későbbi transzformációktól függ.
A modern műholdas navigációs rendszerek, amelyeket az 1990-es évek óta széles körben használnak, 1 és 20 méter közötti pontosságot biztosítanak a tengerfenék jellemzőinek meghatározásához. Korábban, az 1940-es évek végétől az 1980-as évekig a parti elektronikus rendszerek 20-100 méteres pontosságot kínáltak, ami azt jelentette, hogy a jellemzők akár 100 méterrel is elmozdulhattak. Ezt megelőzően a földmérők a szextánsokra és a háromszögelésre támaszkodtak, 50 és 500 méter közötti pontosságot elérve.
A Nemzetközi Vízrajzi Szervezet (IHO) által bevezetett kategória-biztonsági zóna (CATZOC) rendszer segít a tengerészeknek a térképek megbízhatóságának felmérésében. A modern technológiával felmért területek magas CATZOC besorolást kapnak, míg a régebbi, gyakran kevésbé pontos felmérések alacsonyabb besorolást kapnak, ami a navigációs óvatosság szükségességét jelzi. A folyamatos erőfeszítések a térképek pontosabb felmérési adatokkal történő frissítésére összpontosítanak a tengeri biztonság javítása érdekében.
Bizalmas zónák (ZOC) az ENC-kben: Minden S-57 elektronikus navigációs térkép (ENC) a megbízható zónák (ZOC) rendszerét használja, amely több ZOC területet is tartalmazhat egyetlen térképen belül. Ez a rendszer segít a tengerészeknek a mélységadatok megbízhatóságának értékelésében és a navigációs kockázatok felmérésében bizonyos régiókban.
A ZOC csak a batimetriai adatokra – például a mélységekre, a szintvonalakra és a víz alatti veszélyekre – vonatkozik, és nem olyan jellemzőkre, mint a partvonalak, a mólók, a navigációs segédeszközök vagy a csővezetékek. Ezért jobb az adott pontot egy hengeren belül megjeleníteni egy megadott sugárral és magassággal.
A ZOC rendszer öt minőségi kategóriával rendelkezik, amelyeket CATZOC-nak (Bizalmas zóna kategória) neveznek, amikor egy ENC-ben lekérdezik. Ezek a „nagyon magas megbízhatóságú”-tól a „nem felmért”-ig terjednek, egy további „nem értékelt” kategóriával kiegészítve.
Megbízhatósági zónák (ZOC) – Kategóriák
A1 (Nagyon nagy megbízhatóság): Felmérési módszer: DGPS + többnyalábos/csatornás/mechanikus pásztázás / Pontosság: Legnagyobb pozíció-/mélységpontosság / Jellemzők: Minden jelentős tengerfenék-veszély észlelve
A2 (Nagy megbízhatóság): Felmérési módszer: Modern szonár + szonár/mechanikus pásztázás / Pontosság: Kissé alacsonyabb, mint A1 / Jellemzők: Jelentős veszélyek észlelve, de csökkent pozícióbiztonsággal
B (Közepes megbízhatóság): Felmérési módszer: DGPS előtti, modern szonár (teljes pásztázás nélkül) / Pontosság: Közepes mélységpontosság, alacsonyabb pozíciópontosság / Jellemzők: Feltérképezetlen veszélyek valószínűtlenek, de lehetségesek.
C (Alacsony megbízhatóság): Felmérési módszer: Alkalmazkodó/régebbi felmérések (pl. átjárószondázások) / Pontosság: Korlátozott megbízhatóság / Jellemzők: Valószínűleg mélységi anomáliák
D (Kevés megbízhatóság): Felmérési módszer: Nem felmért vagy nagyon gyenge minőségű adatok / Pontosság: Nem megbízható / Jellemzők: Nagy mélységi anomáliák várhatók
U (Nincs értékelve): Állapot: Még nincs értékelve / Feltételezés: Gyenge minőségű adatként kezelendő, amíg nem kerül sor az értékelésre
ENC ZOC szimbólumok
Az elektronikus navigációs térképeken (ENC) a megbízhatósági zónákat (ZOC) különböző csillagbesorolású szimbólumok jelölik egy háromszög vagy ellipszis belsejében. Minden szimbólum egy adott adatminőségi szintnek felel meg, és azonos megbízhatóságú területeken jelenik meg.
Csillagos besorolások:
6 csillag = Kiváló (legmagasabb megbízhatóság)
↓ Csökkenő csillagok = Alacsonyabb megbízhatóság
2 csillag = Nagyon rossz
További kategória:
„Nincs értékelve” = Az adatminőség még nincs értékelve
Ezek a szimbólumok segítenek a tengerészeknek gyorsan és egy pillantással felmérni a térkép megbízhatóságát.