Międzynarodowy sukces wrocławskich geodetów

Instytut Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu otrzymał status stowarzyszonego centrum analiz Międzynarodowej Służby Satelitarnych Pomiarów Laserowych (ILRIS). To zasługa dr. hab. Krzysztofa Sośnicy i jego studenta Radosława Zajdla, którzy stworzyli serwis oferujący produkty bazujące na laserowych pomiarach odległości do satelitów GNSS.

fot. Tomasz Lewandowski/Głos Uczelni

– Wśród systemów nawigacyjnych wyróżniamy wszystkim znany, amerykański system GPS, z którego korzysta na co dzień wiele osób, ale oprócz niego działają też inne, takie jak choćby rosyjski GLONASS, w pełni operacyjny od roku 2010. Budowany jest europejski Galileo, chiński BeiDou, czyli Wielka Niedźwiedzica i japoński QZSS, wspomagający pozycjonowanie wśród wysokich budynków, charakterystycznych dla tamtejszego budownictwa – tłumaczy dr hab. Krzysztof Sośnica i dodaje, że te systemy nawigacyjne częściowo się uzupełniają. I mają coś, czego GPS nie ma – każdy satelita jest wyposażony w reflektor zwrotny, składający się z ok. 60-80 pryzmatów odbijających światło lasera.

– I jeżeli popatrzymy w ten pryzmat, zawsze zobaczymy środek źrenicy albo lewego, albo prawego oka, w zależności, którym okiem patrzymy. Pryzmat odbija światło, również światło lasera, dokładnie w tym samym kierunku, pod którym pada wiązka. I nowe systemy, takie jak europejski system Galileo, rosyjski GLONASS czy chiński BeiDou, zostały wyposażone w reflektory zwrotne do pomiarów laserowych z milimetrową dokładnością – tłumaczy dr Sośnica i zdradza, skąd się wziął sukces geodetów z Wrocławia. – W tej chwili mało kto jest w stanie przetwarzać obserwacje laserowe i mikrofalowe nowych systemów satelitarnych, bo systemy europejskie, chińskie i japońskie nie są jeszcze w pełni operacyjne. Na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu założyliśmy centrum analiz, które analizuje laserowe pomiary odległości do nowych systemów nawigacyjnych.

We Wrocławiu, dzięki specjalnie opracowanym schematom obliczeniowym opartym na zmodyfikowanym programie Bernese GNSS Software, porównywane są rozwiązania oparte na sygnałach mikrofalowych (nadawanych przez satelitę), z pomiarami laserowymi wykonywanymi przez niezależne stacje naziemne. Dzięki wykonywanym obliczeniom możemy dowiedzieć się, jak spójne są techniki mikrofalowe i laserowe, jednocześnie czerpiąc z zalet każdej z nich.

Sygnał mikrofalowy oraz laserowy pomiędzy stacją na Ziemi a orbitującym satelitą pokonuje ok. 20-40 tysięcy km, przechodzi przez różne warstwy atmosfery i wpływa na niego wiele czynników zakłócających. – My pokazujemy, jak istotna w obecnych badaniach jest integracja tych dwóch niezależnych technik, choć na każdą z nich oddziałują inne zaburzenia – wyjaśniają dr Krzysztof Sośnica i Radosław Zajdel, jego student, który opracował schematy obliczeniowe oraz program do interaktywnej wizualizacji wyników analiz.

Jak tłumaczą naukowcy, przy analizie danych uwzględnia się jeszcze jeden czynnik: orbity satelitów, czyli ścieżki, po których satelity się przemieszczają. Orbity sztucznych satelitów są wyznaczane z ograniczoną dokładnością m.in. ze względu na fakt, że są zaopatrzone w duże panele słoneczne, na które działa ciśnienie słoneczne zaburzające nominalny ruch tych satelitów.

– Badamy na przykład błędy pozycji satelity względem położenia Słońca, jak wysoko Słońce znajduje się nad płaszczyzną orbity, gdzie satelita znajduje się względem obserwatora na Ziemi i jak zorientowane są anteny nadawcze na satelicie i panele słoneczne w przestrzeni zewnętrznej oraz jak to wpływa na dokładność wyznaczenia pozycji satelity – mówią badacze.

Serwis powstał w ramach pracy magisterskiej Radosława Zajdla. Najpierw chodziło o to, by przeanalizować historyczne dane laserowe, ale w miarę zbierania tych danych temat się rozszerzał. Nieoceniona stała się pomoc promotora oraz wielu pracowników instytutu i doktorantów, którzy sugerowali kolejne kierunki rozwoju, przez co ostatecznie powstał serwis do ich wizualizacji i analiz. Poprzez ten serwis każdy, z każdego zakątka Ziemi może uruchomić odpowiedni moduł i dokonać analizy.

– Nowe dane są liczone raz na dobę, a wejścia do serwisu z najróżniejszych zakątków świata świadczą o dużym zainteresowaniu i przydatności. Aktualnie odwiedzają nas użytkownicy z Australii, Stanów Zjednoczonych, Chin, Peru, RPA, Namibii, Korei Południowej, Brazylii – mówi Radosław Zajdel.

O zakwalifikowaniu opracowanego we Wrocławiu serwisu zdecydowała jego unikalność – na Uniwersytecie Przyrodniczym przetwarzamy obserwacje satelitarne nowych systemów i dostarczamy produktów operacyjnych, czyli robimy w pewnym zakresie coś, czego nikt inny jeszcze nie robi.

Dane z naszego serwisu wykorzystują m.in użytkownicy systemów nawigacyjnych. Celem jest milimetrowa dokładność pomiarów. To ważne, bo na przykład geodeci, kiedy wykonują pomiary w terenie i chcą skorzystać z nowych systemów satelitarnych, takich jak Galileo, mogą sprawdzić, czy satelita nie wykazywał jakichś błędów w funkcjonowaniu. Może też sprawdzić, czy orbita satelity dla jakiegoś okresu nie jest obarczona błędami, które wpływałyby negatywnie na wyznaczenie pozycji na ziemi. Precyzyjne pozycjonowanie ma ogromne znaczenie nie tylko w nawigacji, ale również choćby w monitorowaniu wzrostu poziomu mórz i oceanów, związanym z topnieniem lodowców.

– Układy odniesienia w geodezji stanowią kluczową rolę. Obecnie jest tak, że różne techniki nie dostarczają nam wewnętrznej spójności i precyzji na poziomie milimetrowym. Kiedy porównamy dwie niezależne techniki, takie jak mikrofalową i laserową, to okazuje się, że różnice w pozycji przekraczają czasem nawet 1 cm. Przy monitoringu oceanów i mórz te kilka milimetrów czy centymetr ma ogromne znaczenie, dlatego też w geodezji musimy dążyć do tego, by spójność pomiędzy różnymi technikami obserwacyjnymi i układy odniesienia miały dokładność milimetrową – mówią geodeci.

Wrocławski serwis został włączony do międzynarodowej sieci przez służbę obserwacyjną działającą pod patronatem Międzynarodowej Asocjacji Geodezji. Międzynarodowa Służba Satelitarnych Pomiarów Laserowych (International Laser Ranging Service, ILRS) w swoim składzie ma też stowarzyszone centra analiz, ale żeby zostać jego członkiem, trzeba spełnić surowe kryteria, w tym trzeba dostarczać operacyjnych produktów obliczeniowych.

– W naszym przypadku zaczęło się od pomysłu na sam serwis. Ja pracowałem nad oprogramowaniem i z każdym kolejnym miesiącem okazywało się, że można dołożyć kolejne funkcjonalności, system może działać sprawniej. Kiedy dostaliśmy informację, że służba ILRS przyjęła go jako oficjalne centrum analiz, no to radość była naprawdę wielka. To ogromny sukces – mówi Radosław Zajdel i nie kryje, że znalezienie się na stronach NASA tylko zaostrza apetyt i mobilizuje do dalszej pracy. – Od zawsze programowałem, ale jednocześnie nigdy nie chciałem pracować jako programista. Interesowały mnie ścisłe dziedziny nauki, w których umiejętności programisty są dodatkowym atutem. I tak trafiłem do dr. hab. Sośnicy – Radek przyznaje, że już ma w planach doktorat i z uśmiechem dodaje, że dalej chciałby czerpać z ogromnej wiedzy i doświadczenia w ekspresowej habilitacji swojego promotora, któremu ten stopień naukowy udało się osiągnąć przez trzydziestką.

– Kluczem do sukcesu jest zespołowa praca, dyskusje, rozmowy, wspólna analiza różnych problemów i zjawisk. Organizuję pracownie magisterskie i doktoranckie, gdzie moi magistranci i doktoranci siadają razem, przedstawiają etapy swoich prac i dyskutują. Dzisiaj w świecie nauki indywidualizm ma jednak mniejsze szanse powodzenia. Team, burza mózgów: to jest recepta na postęp – dodaje dr hab. Krzysztof Sośnica.

Źródło: „Głos Uczelni” UPWr