Globální navigační satelitní systémy (GNSS), kdo by je v dnešní době neznal? Zejména americký GPS systém nás jako dobrý společník již léta doprovází při cestách automobilem nebo na výletech v přírodě. Již dávno jsme vzali jeho služby za samozřejmé a velmi často se na něho spoléháme. Použití systému GPS je však mnohem širší než jen pro zábavu nebo navigaci.

Velkou část „nevojenských“ uživatelů také tvoří odborníci z nejrůznějších profesí, kteří systém potřebují ke své práci. Nabízí se řada otázek, jak se GPS systému daří a jaká je jeho budoucnost. Lze i nadále zpřesňovat určení své polohy? Co nabízí přístroje určené k práci, jež vyžaduje vysokou polohovou přesnost? GeoBusiness se pokusil nalézt svým čtenářům odpovědi nejen na tyto otázky.

Velmi mnoho uživatelů má zafixován GNSS systém v paměti jako pouze „ten jeden jediný“ a obvykle jediným mají na mysli americký systém GPS. Ano, je pravda, že je nejrozšířenější, nejpropracovanější a také nejvyužívanější, existují však i další, které nelze přehlížet. Zejména ruský navigační systém GLONASS nebo teprve budovaný evropský systém Galileo nás v budoucích letech bude zajímat stále více. Výčet satelitních navigačních systémů není v žádném případě konečný. Svůj systém buduje i Čína (Beidou/COMPASS), Japonsko (QZSS) nebo Indie (IRNSS).

Přesnost nade vše

Přesnost GNSS systémů je jeden z nejdůležitějších faktorů, který zajímá všechny uživatele. Ovšem kartografické, geodetické a GIS aplikace vyžadují přesnost mnohem vyšší než aplikace určené běžnému uživateli. S přesností systému GPS je to ale trochu problematické. Nelze ji stanovit tak jednoduše jako například určit přesnost laserového dálkoměru. Do hry totiž vstupuje velké množství proměnných, přičemž některé z nich můžeme ovlivnit zcela, některé částečně, jiné vůbec. Jedním z faktorů, které běžný uživatel ovlivnit nemůže, je počet satelitů a typ přijímaných signálů. Ovšem i provozovatel systému se samozřejmě snaží zvyšovat přesnost například tím, že vypouští nové družice, či že zavádí nové navigační signály. Jedním z příkladů může být vypuštění prvního satelitu z nového bloku pod označením IIF americkou armádou. K vypuštění došlo v květnu letošního roku a další budou následovat v roce 2011. Oproti předcházejícím satelitům bude blok IIF vysílat na nové frekvenci L5, která je plánována jako takzvaná „safety of life“, tedy frekvence pro civilní použití, jež bude využívaná zejména pro aplikace na záchranu lidského života a v letectví. S příchodem družic IIF se obecně předpokládá zvýšení výkonu a zdvojnásobení předpokládané přesnosti.

Pro běžné civilní použití v aplikacích GIS je mnohem důležitější civilní signál označovaný jako L2C, který už lze nějakou dobu přijímat. Zatímco většina turistických přístrojů dokáže přijímat pouze navigační signál L1, profesionální GIS a geodetické GPS přístroje dokáží zachytit také signál právě na frekvenci L2. Tato frekvence je určena zejména pro vojenské účely, ale s příchodem satelitů z bloku IIR-M se vysílá také její civilní část. Pokud přístroj umí přijmout frekvenci L1 a L2, lze poměrně významně zvýšit přesnost ve výsledném určení polohy.

Kolem roku 2014 se začnou vypouštět nové družice v rámci amerického systému GPS, které ponesou označení IIIA. Signál z těchto družic bude mít opět navýšen výkon a bude obsahovat nový civilní signál L1C. Tím se opět systém GPS posune kousek k bezproblémové navigaci i v morfologicky náročném terénu a bude také zajištěna lepší kompatibilita se systémem Galileo a GLONASS.

Když jeden nestačí

Pokud pomineme navigační systémy Japonska, Indie a Číny, které nejsou v současné době pro Evropana příliš zajímavé, zůstává nám ve hře ruský GLONASS a evropský Galileo. Druhý jmenovaný už nás potrápil více než dost. Původní termín spuštění byl již v roce 2007. Po velkých ekonomických problémech, kdy se dokonce zdálo, že celý projekt bude zastaven, máme novou naději, že by celý systém mohl být operativní kolem roku 2014. V současné době jsou vypuštěny na oběžnou dráhu dvě družice. Mladší z nich, GIOVE-B, „oslavila“ v dubnu 2010 dvouleté výročí svého putování hvězdnou oblohou. Galileo má však velký potenciál stát se úspěšným systémem, protože již od svého počátku není budován jako vojenský, ale jako systém čistě civilní.

Se systémem GLONASS to již vypadá mnohem veseleji. V současné době operují ve vesmíru více než dvě desítky satelitů a existují přístroje, které dokáží zpracovávat dohromady signál jak z amerického, tak ruského systému. Právě doplnění amerického GPS o ruský GLONASS otevírá velké možnosti využití GPS v aplikacích, ve kterých je hlavním požadavkem přesnost. Zkombinovat signály obou systému není v žádném případě jednoduchá záležitost, protože každý z nich je postaven na jiném principu a využívá jiné parametry zemského tělesa. Zatímco americký GPS používá známý systém WGS-84, ruský využívá systém PZ-90.

Oba systémy, tj. GPS i GLONASS, můžeme doplnit o systém EGNOS, který vylepšuje vlastnosti GPS systému v Evropě. Provozovatelem systému je Evropská kosmická agentura a s pomocí několika desítek pozemních stanic a několika geostacionárních družic lze přesnost polohy významně zvýšit.

Co dokáží dnešní přístroje?

Dnešní moderní přístroje používané pro mapování do GIS se spíše podobají výkonným polním počítačům než malé krabičce určené pro navigaci. Špičkové přístroje všech velkých výrobců dokáží přijímat signál nejen z amerického systému, ale současně také ze systému GLONASS. Většina z nich je již také připravena na evropský Galileo, přestože navigační systém Galileo ještě zdaleka není v provozu. Jeho standardy a frekvence jsou ale již veřejně známy, a proto mohou být zahrnuty i do nových produktů. „Již od roku 2000 Topcon nabízí svým zákazníkům přístup ke všem dostupným satelitním systémům. Tedy k systémům GPS a GLONASS. Více znamená lépe. V našich produktech založených na G3 technologii nabízíme nejen všechny současné a plánované GPS + GLONASS signály, ale také kompatibilitu se systémem Galileo,“ uvádí technický zástupce společnosti Topcon Dimitri Lambermont. Jeho slova potvrzuje pohled do technické specifikace výrobků Topcon. Například přijímač GR3 disponuje možností sledovat signály GPS/GLONASS na frekvencích L1/L2/L5C, to vše v kódovém či fázovém režimu a mimo to je připraven na příjem signálu Galileo. V ostatních velkých společnostech zabývající se výrobou GPS zařízení situace není o mnoho odlišná. Zástupce společnosti Trimble Lea Ann McNabb vysvětluje: „GNSS je technologickým jádrem pro Trimble strategie. Například Trimble R8 GNSS systém a NetR5 referenční stanice byly první kroky v produktové koncepci, které zahrnují GPS signály včetně jejich příštích generací, GLONASS a Galileo. Naše plány na další léta jsou zřejmé. Vydávat nové produkty v souladu s rozšiřující se GNSS architekturou, včetně systému Galileo. Tím pokračuje naše tradice v předvídání satelitní infrastruktury. Naším cílem zůstává nabízet řešení, která odpovídají potřebám našich zákazníků tím, že využijeme nejlepší dostupné technologie v současnosti i budoucnosti.“ U všech profesionálních stanic je pak samozřejmostí zpracování signálu ze systému EGNOS a velmi rychlý proces od prvního spuštění přístroje po první určení polohy.

Velmi významným pomocníkem v boji s přesností se staly diferenční korekce. Data jsou získávána z referenčních stanic na základě porovnávání jejich správné polohy s polohou určenou pomocí signálů GNSS. V České republice patří mezi nejznámější síť CZEPOS, spravovaná Českým úřadem zeměměřickým a katastrálním a síť Trimble VRS Now od stejnojmenné společnosti. Druhá zmiňovaná operuje na našem území přibližně rok. Špičkové přístroje využívají diferenční korekce s pomocí metody RTK (Real Time Kinematic), kdy zpracování a příjem korekcí probíhá v reálném čase.

Již dlouhou řadu let se GPS přístroje používají v civilní oblasti. Za tu dobu urazily velký kus cesty, během které došlo k významnému zlepšení v určování polohy z desítek metrů až na centimetry. Další zpřesňování celého systému bude samozřejmě probíhat i nadále ve všech oblastech. Dojde k vypuštění nových navigačních satelitů s novými navigačními signály, výrobci budou stále vymýšlet nové a citlivější čipy a zcela jistě budou vznikat nové metody pro další zpřesňování celého systému. Již dnes lze při správné kombinaci metod a postupů dosáhnout centimetrové přesnosti. S velkým úspěchem se GPS systémy používají při výstavbě silnic, zaměřování budov nebo obnově katastrálního operátu. Problémem však stále zůstává navigace v uzavřených objektech nebo pod silným vegetačním krytem. Neustále se zvyšující výkon jednotlivých frekvencí a zvyšující se citlivost přijímačů však učiní i tento problém jen dočasnou záležitostí. Nakonec však bude záležet jen na nás, jak s touto silnou technologií naložíme.