Projekti / Programi
Določitev in ocena vplivov izrednih Sončevih aktivnosti na satelitsko določanje lokacije
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.08.00 |
Tehnika |
Telekomunikacije |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T180 |
Tehnološke vede |
Telekomunikacijsko inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
Lokacijsko podprte storitve, navigacijski sateliti, GPS, GLONASS, EGNOS, GALILEO, telekomunikacije, radijske komunikacije, enofrekvenčni sprejemniki, geodetski sprejemniki, omrežje SIGNAL, Sončeve pege, Sončevi izbruhi, magnetosfera, ionosfera, TEC, obdelava signalov, analiza, degradacija položaja, raztros položaja, okoljski alarm
Raziskovalci (18)
Organizacije (3)
Povzetek
V hipotezi projekta smo zapisali, da različne oblike Sončevih aktivnosti vplivajo na razpoložljivost, izvedljivost in kakovost lokacijsko podprtih storitev (LBS), ki temeljijo na določanju položaja s pomočjo globalnih navigacijskih satelitskih sistemov (GNSS). Druga, aplikativno pomembnejša trditev hipoteze pa je, da je tip učinka Sončevih aktivnosti na kvaliteto storitev možno klasificirati za vsak tip aktivnosti.
Globalni navigacijski satelitski sistemi, kamor spadajo npr. GPS, GLONASS, Galileo in EGNOS, omogočajo določanje položaja točk na Zemlji z natančnostjo od nekaj metrov pa do 2 cm v realnem času. To velja ob mirnem vremenu v vesolju, ki je odvisno predvsem od fizikalnih dogajanj na Soncu. Povečane ali izredne Sončeve aktivnosti (npr. pege, protonski curki, X žarki, sončev veter) se ne glede na tip pojava odražajo predvsem na vrednosti TEC (Total Electron Content) v Zemljini ionosferi. Vrednost TEC kritično vpliva na signale, ki jih oddajajo sateliti GNSS in s tem na kakovost vsakodnevnih satelitskih meritev položaja na Zemlji. Cilj naloge je ugotoviti, katere masovne storitve LBS za določanje položaja so občutljive na izredne Sončeve aktivnosti in kolikšen je ta vpliv.
Izvajalska ekipa je zaradi tega interdisciplinarna: Fakulteta za elektrotehniko prispeva strokovnjake s področij telekomunikacij, satelitskega cestninjenja in aeronomije, Geodetski inštitut Slovenije je nacionalni operater slovenskega omrežja stalnih postaj GNSS z imenom SIGNAL za določanje položaja v realnem času in soustvarjalec novega državnega koordinatnega sistema, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo pa prispeva eksperte s področja GNSS, preciznih geodetskih meritev in obdelav.
S hipotezo trdimo in dokazujemo:
da Sončeva aktivnost vpliva na razsipanje in natančnost satelitsko merjenega položaja iste točke,
da obstajajo različne storitve LBS, ki so občutljive na Sončevo aktivnost,
da je trajanje, vrsto in velikost Sončeve aktivnosti možno klasificirati glede na vpliv na posamezen tip storitve LBS,
da je za različne storitve LBS možno vzpostaviti različne tipe okoljskih alarmov na osnovi študije vplivov preteklih izrednih Sončevih dogodkov in pa predikcij, ki so na razpolago v prosto dostopnih svetovnih napovedih vremena v vesolju,
da je alarme možno aplikativno uporabiti za podporo storitvam, ki so že ali pa bodo v uporabi tudi v Sloveniji (npr. slovensko omrežje stalnih postaj GPS - SIGNAL, satelitsko cestninjenje, vojaške aplikacije, mreža geomagnetnih točk Slovenije).
Naloga ima naslednje izvedbene faze:
Analiza Sončevih aktivnosti,
Analiza satelitskega določanja lokacije z GNSS s stališča motenj,
Izdelava strategije skupne obdelave meritev položaja in zaznavanja Sončeve aktivnosti,
Določitev in pridobivanje vhodnih podatkov,
Izvedba testov, meritev in korelacij, ki bodo izvedene za dokaz hipoteze,
Klasifikacija zanesljivosti in razpoložljivosti satelitskega določanja lokacije glede na Sončeve aktivnosti,
Identifikacija potencialnih aplikativnih področij in ukrepov.
Pri običajnih storitvah LBS gre za masovno uporabo relativno cenenih sprejemnikov GNSS, ki morajo delovati v vseh pogojih brez prekinitve. Če je aktivnost Sonca povečana, lahko pride celo do začasnega izpada storitev, kar povzroči velike stroške in izgube. Vse več teh enostavnih sprejemnikov se uporablja tudi na področjih, kjer degradacija meritev položaja pomeni neposredno ogrožanje nacionalne ali osebne varnosti ter ekonomske upravičenosti, zato je nujno potrebno te vrste storitev klasificirati glede na dovoljene meje njihovega poslabšanja oz. izpada, vzpostaviti mehanizme vnaprejšnjega alarmiranja oz. naknadne razjasnitve dogodkov.
Pomen za razvoj znanosti
Cilji hipoteze in s tem rezultati projekta odražajo posebnosti obravnave signalov GNSS v časovnih intervalih blizu vrhov Sončevih ciklov, kjer se dinamika opazovanih sprememb v ionosferi močno poveča. Rezultati začetnih poglobljenih analiz podajajo klasifikacijo izvora in širjenja pojavnih oblik Sončevih aktivnosti ter njihovo učinkovanje na tirnice satelitov, magnetosfero, ionosfero in končne sprejemnike GNSS. Predstavljeni vzročno-posledični model s prevajalnimi funkcijami tako služi kot osnova vsem nadaljnjim raziskavam, saj enovito povezuje Sončevo dejavnost s posameznimi področji vplivnosti. Posebno dodano vrednost ponuja kronološki pregled klasificiranih pojavov od leta 2000 naprej, ki zajema nabor kriterijev izbire, pregled razpoložljivih meritev ter načine njihovega pridobivanja in razvrščanja v enotne formate zapisa. Predstavljeni postopki in podatki tako niso uporabni le pri raziskavah na področju GNSS, pač pa tudi vseh ostalih, kjer lahko dinamično Sonce predstavlja možen razlog za opažene spremembe. Rezultati analize satelitskega določanja lokacije so pomembni za razumevanje nadaljnjih pristopov k obdelavi opazovanj signalov GNSS, saj podajajo celovito klasifikacijo merskih metod na absolutno in relativno določanje položaja, izvajanje z enim ali več sprejemniki in uporabo ene ali več nosilnih frekvenc sistema ter kodnih ali faznih opazovanj. Pojasnjeni so vplivi ionosfere na razširjanje elektromagnetnega valovanja glede na parametre ionosfere in možnosti odprave določenih vplivov z modeli v obliki funkcij, ki omogočajo izračun vpliva kot množice spremenljivk. Podrobna obravnava zapisa formatov GNSS za prenos oz. hranjenje informacij s možnostjo prenosa v realnem času bo zato koristila vsem nadaljnjim korakom, ki bodo zahtevali ovrednotenje segmenta GNSS. Rezultati analize storitvenega dela obravnavajo pomembne skupine storitev (kodne, DGPS, RTK VRS), ki odražajo kriterije po nacionalni pomembnosti, številu uporabnikov, razpoložljivosti vhodnih podatkov in tehnoloških omejitvah. Izbrane storitve omogočajo korelacijo z opazovanji slovenskega omrežja SIGNAL, kar je še posebej pomembno za lokalni raziskovalni prostor. Rezultati obdelave podatkov podajajo korelacije med Sončevimi pojavi in opazovanji na segmentu GNSS. Podani kriteriji obdelave so se izpopolnjevali skozi celoten potek procesiranja in s pomočjo zasnove naprednih algoritmov določajo vplivni model ionosfere in vpada radijskega šuma na zmogljivost GNSS. Ugotovitev, da obstaja možnost odpovedi sprejema GNSS zaradi nižanja razmerja signal/šum, je zelo pomembna, saj se lahko dogodi brez večjih zaznanih sprememb v ionosferi. Pri pojavu šumov visokih magnitud na nosilnih frekvencah GNSS vnaprejšnjega zanesljivega alarmiranja ni možno vzpostaviti, ker trenutki zasičenosti sprejemnikov GNSS in opazovalnih instrumentov sovpadajo. Tako je možno mehanizme alarmiranja sprememb v ionosferi uspešno zagotoviti za masne izbruhe s tipično zakasnitvijo okoli 2 dni, za fotonske dogodke pa se lahko izdajo opozorila z oceno verjetnosti glede na zaznane aktivnosti v Sončevi atmosferi. Odličnost rezultatov izvedenega projekta bo tudi v prihodnje omogočala interdisciplinarno znanstveno sodelovanje z drugimi partnerji in sooblikovanje standardizacije na področjih storitev GNSS, kjer se neposredni učinki tako že uporabljajo v COST akciji TU1302 (SaPPART). Sodelujoči partnerji v projektu bodo lahko pridobljene rezultate predajali naprej v okviru lastnih pedagoških in izobraževalnih aktivnosti. Z usposabljanjem bodočih interdisciplinarnih strokovnjakov bodo tako posredni učinki projekta zagotavljali višji nivo kadrov v slovenskih in tujih institucijah in industriji.
Pomen za razvoj Slovenije
Lokacijsko podprte storitve, osnovane na satelitskem določanju lokacije (GNSS), so s hitrim razvojem in dostopnostjo komunikacijskih tehnologij postale eden izmed temeljev sodobne informacijske družbe. Na osnovi poznavanja lokacije, dinamike premikanja in točnega časa se posvaja vse več civilnih profesionalnih storitev, ki zagotavljajo nemoteno delovanje inteligentnih transportnih sistemov, katastrske določljivosti, kmetijske avtomatizacije, sistemov spremljanja okoljskih sprememb in finančno naravnanih instrumentov. Pri uporabi teh storitev so merila natančnosti, razpoložljivosti, kontinuitete in integritete bistvenega pomena. Njihovo odstopanje lahko predstavlja neposredno ogrožanje nacionalne ali osebne varnosti ter ekonomske upravičenosti, zato je potrebno že pri načrtovanju vpeljave storitev upoštevati tudi možnosti vplivanja izrednih Sončevih aktivnosti. Izveden projekt je s svojo predstavitvijo slovenski javnosti doprinesel močan porast zavedanja o tveganjih, s katerimi se uporabniki soočamo z uporabo satelitske navigacije. Rezultati projekta v obliki ovrednotenja možnega učinkovanja Sončevih aktivnosti na področje GNSS so uporabni tudi na drugih področjih, kot so energetika, telekomunikacije, računalništvo, meteorologija in različni biološki sistemi. Opozarjanje pred posledicami in njihova pravilna interpretacija sta zato pomembni za celotno družbo, saj je z lokacijo povezanih okrog 80 % vseh informacij, tako medijskih, zasebnih in gospodarskih, kot tudi znanstvenih. Neposredni učinki projekta so v slovenskem prostoru vidni predvsem v okviru službe za GPS Geodetskega inštituta Slovenije, ki skrbi za tehnično delovanje in razvoj omrežja permanentnih GNSS opazovalnic SIGNAL. Skozi izvajanja analiz položajev GNSS-postaj, ocenjevanja kakovosti opazovanj v realnem času, posredovanja realno-časovnih popravkov do uporabnikov in pogodbenih distributerjev ter arhiviranja in distribucije podatkov v formatu RINEX neposredno dosežejo ciljno skupino 1300 profesionalnih uporabnikov s skupinami storitev diferencialnega in RTK VRS pozicioniranja. Tipičnim storitvam preciznega kmetijstva, vodenja gradbene mehanizacije, zajema podatkov za potrebe GIS-aplikacij, izmer v zemljiškem katastru ter spremljanju premikov v inženirski geodeziji in geokinematiki je pridruženih še približno 25.000 uporabnikov enofrekvenčnih kodnih sprejemnikov, kar zajema ocenjeno populacijo s področij prometne navigacije, iskanja in reševanja ter drugih rekreativnih in prostočasnih aktivnosti, vezanih na lociranje s sistemi GNSS. S postavitvijo informacijskega portala na naslovu http://www.gu-signal.si/ in dodatnih storitev omrežja SIGNAL je podatek o morebitnih Sončevih motnjah v delovanju ustrezno obravnavan in diseminiran med interesne skupine. Dodatno učinkovanje za slovenski prostor predstavlja tudi povezovanje projektnih partnerjev in njihovo interdisciplinarno sodelovanje na drugih raziskovalnih projektih in v izobraževalnem procesu. Sodelujoči fakulteti in inštitut bodo s posredovanjem rezultatov širšemu krogu bodočih slovenskih nosilcev razvoja področij lokacijsko podrtih storitev zagotavljale vrhunski nivo znanja, ki bo pripomogel h konkurenčnosti slovenskega razvojnega in storitvenega trga v tujini. Nenazadnje je Slovenija skozi povezovanja s tujimi organizacijami pridobila na razpoznavnosti tehnološke odličnosti, kar predstavlja pomemben korak k vključevanju v mednarodne projekte. Izvedene in nadaljnje aktivnosti na projektnem področju Sloveniji odpirajo možnosti za mednarodno uveljavitev na področjih satelitske navigacije in aeronomije, z dodatnimi aktivnostmi na področju certificiranja in standardizacije pa tudi soodločanja o lokacijskih sistemih prihodnosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
