Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) Yrd. Doç. Dr. Müge Kirmikil

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) Yrd. Doç. Dr. Müge Kirmikil"— Sunum transkripti:

1 Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) Yrd. Doç. Dr. Müge Kirmikil

2 GPS: Nedir? GPS (Global Positioning System; Küresel Yer Belirleme Sistemi ya da Küresel Konumlandırma Sistemi), düzenli olarak kodlanmış bilgi yollayan bir uydu ağıdır ve uydularla arasındaki mesafeyi ölçerek Dünya üzerindeki kesin yeri belirlemeyi sağlar GPS alıcısı ve uydu sinyalleri yardımıyla herhangi bir yer ve zamanda, her türlü hava koşullarında, global bir koordinat sisteminde, yüksek duyarlıkta, en ekonomik şekilde, anında ve sürekli şekilde konum, hız ve zaman belirlemesi yapılabilir GPS Alıcısı

3 GPS: Nedir? Bu sistem, ABD Savunma Bakanlığı'na ait, yörüngede sürekli olarak dönen uydulardan oluşur. Bu uydular radyo sinyalleri yayarlar ve yeryüzündeki GPS alıcısı bu sinyalleri alır. Böylece konum belirlenir.

4 GPS: Nedir? Bu sistemin ilk kuruluş hedefi tamamen askeri amaçlar içindi. GPS alıcıları yön bulmakta, askeri çıkartmalarda ve roket atışlarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Ancak, 1980'lerde GPS sistemi sivil kullanıma da açılmıştır.

5 GPS: Tarihçe 1969—ABD Savunma Navigasyon Uydu Sistemi kuruldu (DNSS)
1973—NAVSTAR (Navigation Signal Timing And Ranging Global Positioning System) Küresel Yer Belirleme Sistemi geliştirildi 1978—ilk 4 uydu uzaya fırlatıldı (Delta roketi fırlatıldı) 1993—24’üncü uydu fırlatıldı 1995—tam kapasiteli işletim Mayıs 2000—Tüm kullanıcılara askeri ölçekte hassas veri sunumu

6 GPS: Nedir? Uyduların yörüngede dönüşü
Yer ve zaman verilerinin iletimi Elle taşınabilen GPS alıcılarıyla yapılan hesaplama Konum (enlem, boylam, yükseklik) Hız Zaman UZAKLIK= HIZ × ZAMAN

7 GPS: Çalışma İlkesi Sistem temel olarak jeodezideki en eski tekniklerden biri olan ‘geriden kestirme’ esasına dayanır. Geriden kestirme, konumu bilinmeyen bir noktadan konumu bilinen noktalara yapılan gözlem ve hesaplar ile bilinmeyen noktanın koordinatlarını hesaplamaya dayanır. GPS sisteminde konumu bilinen noktalar GPS uydularıdır. Bilinmeyenler, bulunulan noktanın kartezyen koordinatlarıdır (X,Y,Z) Matematiksel olarak 3 bilinmeyenli bir denklemin çözümü için 3 bilinene ihtiyaç vardır Burada 3 bilinen yetiyor gibi gözükse de, saat hatalarını ortadan kaldırmak için en az 4 tane bilinene ihtiyaç vardır Bu nedenle GPS, 4 boyutlu bir sistemdir (X, Y, Z, t) Bu modelde kullanılan mesafeler radyo dalgalarıyla elde edilen uzaysal mesafe ölçüleri, kullanılan nirengi noktaları ise yörünge (efemeris) bilgileri aracılığıyla belirli bir andaki koordinatları bulunabilen GPS uydularıdır

8 GPS: Nedir?

9 GPS: Uygulama Alanları
Askeri: (TSK-arazide yön bulma) Araştırma: (Harita yapımı, yol yapım çalışmaları) Görsel engelliler için: (Çeşitli projeler) Havacılık: (Uçaklarda ek yön bulma aygıtı) Referans saat: (Referans saat kaynağı olarak kullanılmakta) Tarım Denizcilik Özel-rekreasyon

10 GPS: Tarım PRECISION AGRICULTURE (HASSAS TARIM)
Bilişim çağının gelişen teknolojilerinin ekonomik ve çevre ile bütünleşik üretim faaliyetlerinde kullanımı İleri teknolojilerin kullanılması suretiyle, tarlanın bütününe yapılan alışılagelmiş sabit düzeyli uygulama yöntemleri yerine, çok daha küçük kısımlarına ait toprak ve bitki özelliklerinin (toprak nemi, topraktaki bitki besin elementlerinin düzeyi, toprak bünyesi, ürün koşulları, verim, v.b.) belirlenmesi sayesinde değişken düzeyli uygulamayı esas alan (her bir kısma kendi ihtiyacı kadar gübre veya ilaç uygulanması, farklı derinlikte toprak işleme, farklı normlarda ekim, farklı düzeylerde sulama ve drenaj) ve bütün bunların sonucu olarak daha ekonomik ve çevreye duyarlı üretimi hedefleyen bir işletmecilik ve tarımsal üretim yöntemidir.

11 GPS: Hassas Tarım Sistemi
Ekonomik Baskı Araç Pozisyonu Belirleme Sistemi Coğrafik Bilgi Sistemi Yasalar Azaltılmış Girdi Kullanımı HASSAS TARIM Geliştirilmiş Kontrol Ürün Modelleri ve Tarlaya ait Geçmiş Veriler Karar Destek Sistemi Çevresel etkiler Alet Kontrol ve İzleme Yönetim Bilgi Sistemi Etkinlik Artışı Daha Az İsraf Daha Fazla Brüt Marj Daha Az Çevresel Etki

12 GPS: Tarım Toprak Analizi; Topraktaki besin elementlerinin analizi sırasında GPS’ten yararlanılarak örneklerin alındığı pozisyon belirlenebilmekte ve bu bilgi sayesinde tarlanın besin elementleri açısından haritası çıkarılabilmektedir. Toprak İşleme; GPS ve sensörler yardımıyla, toprak işleme derinliğinin ve toprak yüzeyinde bırakılan anız miktarının değişkenliği sağlanabilmektedir. Ekim Gübreleme İlaçlama Ürün gelişiminin izlenmesi Verim Haritalaması

13 GPS: Tarım Hassas Tarım

14 GPS Teknolojisinin Uygulanması
Yer – temel konum belirleme Navigasyon – havacılık ve denizcilikte yön ve konum bulma İzleme – İnsanların ve varlıkların hareketinin izlenmesi Ölçme ve Haritalama – Dünya haritasının oluşturulması Zamanlama – Dünyadaki kesin zamanın belirlenmesi

15 GPS: Sistem Bileşenleri
GPS sistemi; 1)Uzay bölümü (uydular), 2)Kontrol bölümü (yer istasyonları) 3)Kullanıcı bölümünden (GPS alıcısı) oluşur. İZLEME İSTASYONLARI Uzay Bölümü Yer Antenleri Ana İstasyon Kullanıcı Bölümü UYDULAR

16 GPS: Sistem Bileşenleri

17 1. Uzay Bölümü 32 uydu aracı (28 aktif + 4 yedek)
Uydular yeryüzünden 20,200 km yukarıda olup, saatte mil hızla hareket ederler ve 12 saatte bir dünya çevresinde bir tur atarlar Yeryüzünde GPS alıcısı en az 4 uydu görür Güneş enerjisi ile çalışırlar ve en az 10 yıl kullanılmak üzere tasarlanmışlardır. Ayrıca güneş enerjisi kesintilerine karşı (güneş tutulması vs.) yedek bataryaları ve yörünge düzeltmeleri için de küçük ateşleyici roketleri vardır.

18 1. Uzay Bölümü Her bir GPS uydusu ,
Senkronize (eşzamanlı) zaman sinyallerini Tüm diğer uydularla ilgili konum bilgilerini Kontrol bölümü tarafından yayınlanan bilgileri alır. Her uydu, yerdeki alıcının sinyalleri tanımlamasını sağlayan iki adet özel kod yayınlar. Gelen bu sinyal, uydunun yörünge ve saat bilgisi, genel sistem durum bilgisi ve ionosferik gecikme bilgisini içerir. Sinyalin uydudan dünyaya ulaşma süresi yaklaşık olarak saniyedir. Saniyenin binde biri kadar oluşacak bir hata, mesafe ölçümünde 300 km ( km/sn x sn) lik bir hataya sebep olacaktır. Bu nedenle, uyduya olan mesafe ve konum belirlemek için, en az 4 uydu verisi kullanılarak hatanın en aza indirilmesi amaçlanır

19 1. Uzay Bölümü FM radyo sinyalleri watt gücünde iken GPS sinyali watt arasındadır. Bu sinyaller bulutlardan, camdan ve plastikten geçebilir ancak duvar ve dağ gibi katı cisimlerden geçemez. Sinyallerin kabul edilen hızı, ışık hızıdır. Bu yüzden GPS uydularından temiz sinyal alabilmek için açık bir görüş alanı gereklidir. GPS sinyalleri binalardan yansıdığı için şehir içlerinde araziye oranla duyarlılığı azalır. Yeraltına kazılan tünellerde ise sinyal elde edilemez.

20 Sinyallerin Alınması When you are using your GPS Unit, you want to make sure that you are receiving a correct and accurate signal. These are some of the errors that can be received by your GPS unit. In order to make sure that you do not get blocked signals or multi-path errors, make sure that you are out in the open and not in a canyon, under trees, or next to tall buildings.

21 1. Uzay Bölümü (özet) Her GPS uydusu Dünyayı günde iki kez turlar
Her uydu Dünyaya sinyal gönderir (zaman ve yörüngeye göre konum sinyalleri) Bu sinyallerin ana amacı; yerdeki alıcının, sinyalin geliş süresini ölçerek, uyduya olan mesafesini hesaplamayı mümkün kılmasıdır. Uyduya olan mesafe, sinyalin geliş süresi ile hızının çarpımına eşittir (Yol= Hız x Zaman)

22 2. Kontrol Bölümü Dünya üzerinde 5 adet insansız kontrol istasyonu (Hawai, Kwajalein, Cape Cenavaral, Ascension adaları ve Diego Garcia) ve 1 adet insanlı ana kontrol istasyonu (Colorado Spring) bulunmaktadır. İnsansız kontrol merkezleri, topladıkları bilgileri ana merkeze yollarlar. Ana merkezde bu bilgiler değerlendirilerek gerekli düzeltmeler uydulara bildirilir. İstasyonların görevi; günlük olarak uyduların sağlıklı şekilde çalışmalarını sağlamak, toplanan verileri irdeleyerek uydu yörüngelerini belirlemektir. GPS uydularını sürekli izleyerek, doğru yörünge ve zaman bilgilerini sağlar. Ana kontrol istasyonu ise tüm sistemin kontrolünden sorumludur.

23 2. Kontrol Bölümü Ana Kontrol İstasyonu Yer Anteni İzleme İstasyonu
US Space Command Control Segment The Master Control Station, or MCS (also known as the Consolidated Satellite Operations Center) is located at the US Air Force Space Command Center at Schriever Air Force Base (formerly Falcon AFB) in Colorado Springs, Colorado. It's responsible for satellite control and overall system operations. The Control segment is made up of a Master Control Station (MCS), four monitor stations, and three ground antennas (plus a reserve antenna at Cape Canaveral used primarily for pre-launch satellite testing) used to uplink data to the satellites. Monitor Stations continuously receive GPS satellite transmissions, and relay this information in real time to the Master Control Station in Colorado. The user segment also receives these same transmissions. Monitor stations (MS) are located at Schriever Air Force Base, Hawaii, Kwajalein Atoll, and Diego Garcia, and Ascension islands. These stations are unmanned remote sensors that passively collect raw satellite signal data and re-transmit it in real time to the MCS for evaluation. Monitor stations basically function as very precise radio receivers, tracking each satellite as it comes into view. Ground antennas are remotely controlled by the MCS. They are also located at Ascension, Diego Garcia, Kwajalein Atoll, as well as Cape Canaveral, Florida. Ground antennas transmit data commands received from the Master Control Station to GPS satellites within their sky view. They also collect telemetry data (the transmission of data from space vehicles to receiving stations on the ground) from the satellites. The MCS uplinks data to GPS satellites which includes: -Clock-correction factors for each satellite; necessary to insure that all satellites are operating at the same precise time (known as “GPS Time”). -Atmospheric data (to help correct most of the distortion caused by the GPS satellite signals passing through the ionosphere layer of the atmosphere). -Almanac, which is a log of all GPS satellite positions and health, and allows a GPS receiver to identify which satellites are in its hemisphere, and at what times. An almanac is like a schedule telling a GPS receiver when and where satellites will be overhead. Transmitted continuously by all satellites, the almanac allows GPS receivers to choose the best satellite signals to use to determine position. The almanac is automatically downloaded from satellites whenever a receiver is collecting a GPS signal. An almanac can also be downloaded from a computer, a base station or other archived almanac. -Ephemeris data is unique to each satellite, and provides highly accurate satellite position (orbit) information for that GPS satellite alone. It does not include information about the GPS constellation as a whole. Ephemeris information is also transmitted as a part of each satellite’s time signal. By using the information from the GPS satellite constellation almanac in conjunction with the ephemeris data from each satellite, the position of a GPS satellite can be very precisely determined for a given time. Cape Canaveral Hawaii Kwajalein Atoll Diego Garcia Ascension Is. Ana Kontrol İstasyonu İzleme İstasyonu Yer Anteni

24 3. Kullanıcı Bölümü Kullanıcı bölümü yeryüzündeki alıcılardır. Çeşitli amaçlarla GPS kullanarak yerini belirlemek isteyen herhangi bir kişi, sistemin kullanıcı bölümünü oluşturur GPS anteni & alıcı/işlemci Pozisyon (yer) Hız Duyarlı zaman tayini Kullanıcılar: Hava araçları Yer araçları Gemiler Bireyler

25 GPS Alıcısının Çalışması
GPS alıcısı açıldığında sinyal alma aşaması başlamıştır. GPS alıcısı sinyal almaya başladığında ilk önce hafızasındaki uydulara ait navigasyon bilgilerine bakar eğer bu veriler işlevsel değilse gökyüzünü taramaya başlar. Çok kanallı GPS alıcıları tarama işlemleri sonucunda sinyalini aldığı uyduları kanalları ile ayrı ayrı ilişkilendirir. Daha sonra hesapladığı mesafelere göre ve aldığı bilgilere göre konum belirleme işlemini yapar. Sinyaller taşıyıcı izleme döngüsü ve kod izleme döngüsü ile takip edilir. Yazılımlarla ve donanımlarla desteklenen her iki döngünün neticesinde uydulara kilitlenilir ve konum belirlenir.

26 3. Kullanıcı Bölümü

27 3. Kullanıcı Bölümü Garmin eTrex Garmin-12 Casio GPS wristwatch ~$100
~$150 Casio GPS wristwatch ~$300

28 3. Kullanıcı Bölümü GPS alıcıları: a)P-Kod yorumlayabilen askeri amaçlı GPS b)Jeodezik amaçlı GPS c)Sivil kullanıcı portatif el GPS’i d)Renkli ekran portatif el GPS’i

29 3. Kullanıcı Bölümü GPS sinyallerini yorumlayabilen elektronik araçlar
a)Pocket-PC b)PDA cihazı c)Cep telefonu d)Kol saatleri

30 Sistem Nasıl Çalışır? İzleme İstasyonları GPS Ana Kontrol Uzay bölümü
24+ Uydu Son kullanıcı Belirli zamanda gökyüzündeki objelerin konumları kullanıcılara gönderilir İzleme İstasyonları Diego Garcia Ascension Adaları Kwajalein Hawaii Colorado Springs GPS Ana Kontrol Colorado Springs

31 Sistem Nasıl Çalışır? Bir noktanın konumu belirlenirken en az dört uydudan sinyal alınmalıdır, konum belirleme hassasiyeti uydu sayısıyla orantılıdır.

32 Üç uydu: İki nokta

33 Dört uydu: Bir nokta

34 Sistem Nasıl Çalışır? Bir GPS alıcısı açıldığında sinyal alma aşaması başlamıştır. Yeryüzünde en az 4 uyduyu görecek şekilde konumlandırılan bir GPS alıcısı, tarama işlemleri sonucunda sinyalini aldığı uyduları kanalları ile ayrı ayrı ilişkilendirir. Daha sonra hesapladığı mesafelere göre ve aldığı bilgilere göre konum belirleme işlemini yapar. Hassaslık: 1 m den 15 m ye kadar (teknolojiye bağlı olarak)

35 Sistem Nasıl Çalışır? Uzaklık ölçümü
Işık hızında hareket eden radyo sinyalleri Uydudan kullanıcıya ölçüm süresi Sinyallerin uydudan bize ulaşma süresinin ışık hızı ile çarpımı (uzaklık = hız x zaman) sonucunda uydu ile alıcı arasındaki uzaklık bulunur.

36 Uzaklık Ölçümü Mesafe ölçümü Başlangıç: 0.00 s
Bitiş: 0.06s Işık hızı ( km/sn)

37 Hata Kaynakları Atmosferik etkiler (iyonosfer ve troposfer katmanı)
Uyduların gökyüzündeki diziliş biçimi ve konumu (ephemeris hatası) Kullanıcı hataları GPS uydu ve alıcılarındaki saat hataları Yeryüzü şekilleri (yansıma vs)

38 GPS : Klasik Ölçme Noktalar arası görüş zorunluluğu ortadan kalkmıştır. GPS alıcı anteninin uydu sinyalini izleyebilmesi için gökyüzünü görmesi yeterlidir. Nokta yeri seçiminde noktaların en yüksek yerlerde olması gibi zorunluluklar ortadan kalkmıştır. GPS ölçülerinin yapılması büyük oranda hava şartlarından bağımsızdır. Gece ve gündüz sürekli (24 saat) ölçüm yapılabilmektedir. GPS ölçülerinin yapılışındaki hız ve aletlerin kullanım kolaylığı, ölçücü hatalarının olmaması (anten yüksekliği ölçümü hariç) nedenleriyle ekonomik bir sistemdir. Üç boyutlu nokta koordinatları elde edilmektedir. Elde edilen jeodezik doğruluklar en duyarlı klasik jeodezik tekniklerle elde edilenlerle eşit ya da daha iyidir.

39 GPS: Olumsuz Yön Alıcı anteni mutlaka açık gökyüzünü görmelidir. Başka bir deyişle, GPS sinyalleri mikrodalga sinyalleri gibi kuvvetli olmadığından kapalı yerlerde, su altında, çok sık ağaçlıklı bölgelerde, binaların çok olduğu yerleşim yerlerinde, tünel ve madenlerde kullanılamamaktadır. Ağır yağışta, güçlü radyo yayınının yapıldığı ya da yayın antenlerinin olduğu yerlerde verimli değildir

40 Koordinat Sistemleri

41 GPS: Kullanımı Uydular ile bağlantı kurulduktan sonra bulunulan noktanın UTM*projeksiyonuna göre bölge, konum, yükseklik ve hassasiyet bilgisi (en az 3m) ekranda görülebilir. Mark tuşu yardımıyla ilgili nokta cihaza kaydedilir.

42 UTM Silindirik Projeksiyonu
*UTM Projeksiyonu (Universal Transverse Mercator), Dünya, başlangıç meridyenleri 6°'de bir değişen 60 dilime (zone) ayrılır ve referans enlemi ekvatordur. Her dilimin enlem genişliği 80° kuzey, 80° güney enlemidir. Her dilimin ayrı bir koordinat sistemi vardır. Dilim orta meridyenleri X ekseni, ekvator da Y eksenidir. İkisinin kesişimi başlangıç noktasıdır. X değerleri dünyadaki uzunluklarla aynı, Y değerleri ise dünyadakinden biraz büyüktür. Bu farkı azaltmak için X, Y değerleri mo = 0,9996 ile çarpılır. Y değeri başlangıç meridyeninin solunda negatif olur. Bundan kurtulmak için Y değerine eklenir. Uzunluk birimi metredir.

43 UTM Dilimleri Türkiye

44 UTM Silindirik Projeksiyonu

45 UTM Silindirik Projeksiyonu

46 GPS: Kullanımı Menu/Ayarlar/Harita birimleri/Koordinat sistemi
bölümünden UTM yerine Coğrafik (Derece-Dakika) projeksiyona geçilebilir Nav tuşu ile pusula özelliği de kullanılabilir.

47 GPS: Coğrafik Koordinatlar

48 GPS: Kullanımı Menu/Kayıtlı noktalar/Alfabetik
bölümünden daha önce kaydedilmiş olan noktaların bilgilerine ulaşılabilir. İstenirse bilgisayar bağlantısı ile veriler aktarılabilir.


"Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) Yrd. Doç. Dr. Müge Kirmikil" indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları