Trimble na české antarktické stanici

Tags: GeoExplorer | GIS | GNSS | Trimble

Díky existenci a aktivitám Českého antarktického nadačního fondu měl autor článku možnost osobně se zúčastnit letošní expedice na Českou vědeckou stanici Johanna Gregora Mendela v Antarktidě a přímo se podílet na sběru a následném zpracování naměřených GNSS dat pro výzkumné účely. Vědecká polární stanice Johanna Gregora Mendela leží na ostrově Jamese Rosse, jižně od severního cípu Antarktického poloostrova. Byla budována v prvních letech nového tisíciletí. Vlastní a provozuje ji Masarykova univerzita.

Stanice je umístěna v severní, relativně čerstvě odledněné části ostrova Jamese Rosse (ostrov je zaledněn cca z 80 %), na ideálním místě pro provádění terénního výzkumu antarktické přírody v postglaciální éře. Pracovníci Přírodovědecké fakulty MU se zde věnují rozsáhlému ambicióznímu vědeckému programu. Dlouhodobý monitoring slouží zejména klimatologickému, glaciologickému a biologickému výzkumu. I díky unikátní poloze stanice jsou výsledky, získané českými vědci, velmi cenné a bylo dosaženo několika důležitých objevů. Polární stanice je k výzkumu využívána rovněž dalšími institucemi, např. Přírodovědeckou fakultou UK, Jihočeskou univerzitou nebo Českou geologickou službou. Je provozována sezónně, každoročně v antarktickém létě.

V prosinci 2015 se na stanici vypravila jubilejní, desátá vědecká expedice MU s cílem navázat na dosavadní cenná měření a odběry vzorků.

Trimble GeoExplorer a přesný monitoring

Dlouhodobý monitoring a mapování ledovců v blízkosti stanice je založeno na získávání opakovaných, co nejpřesnějších souřadnic pomocí GNSS přístrojů. Rovněž místa odběru vzorků z vodních toků a jezer je třeba souřadnicově určit. S vysokou přesností se každoročně zaměřuje i stanice jako taková, stejně jako body stabilizované měřickými značkami v jejím okolí.

Geografický ústav Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity disponuje ručními GNSS přijímači Trimble GeoExplorer 6000 GeoXH, které vědci využívají pro veškeré měřické práce a sběr dat v okolí stanice. Ukázalo se, že i v antarktických podmínkách jde o ideální přístroje, neboť jsou dostatečně přesné (dvoufrekvenční, s nejvyspělejšími GNSS moduly), přitom však ruční a velmi snadno přenosné. Osvědčily se díky své spolehlivosti a odolosti (i po stránce výdrže baterií). Jejich jednoduchá obsluha umožnila optimálně rozložit lidské síly – vzhledem k limitovanému množství výzkumníků na stanici totiž nemusí být vždy k dispozici zkušený měřič.

Při zvolení správné metodiky se i v Antarktidě, pokud to situace vyžaduje, s těmito přístroji dosahuje až centimetrové přesnosti.

Letošní expedice rozšířila portfólio přístrojů o nejmodernější dvoufrekvenční přístroj Trimble Geo7X, díky čemuž se jednak zvýšilo množství přístrojů a produktivita měřických prací, rovněž však i přesnost, spolehlivost a vypovídací schopnost dosažených výsledků.

Měřické práce na stanici

Jedním z nejdůležitějších objektů zájmu klimatologů a glaciologů pracujících na stanici jsou ledovce, které se nacházejí v dosahu stanice. Na čtyřech z nich jsou pomocí zavrtaných bambusových tyčí stabilizovány sítě měřických bodů, které jsou každoročně GNSS přijímači zaměřovány, a to i výškově. Z dlouhodobých časových řad souřadnic lze dobře usuzovat na chování ledovců, jejich pohyb a ústup. Zpracování dat probíhá principiálně tak, že naměřená data jsou nejdříve postprocesně zpřesněna v softwaru GPS Pathfinder Office a následně přenesena do GIS Geografického ústavu Přírodovědecké fakulty, kde jsou prováděny další analýzy. Výsledky analýz, posuny, jejich gradienty a trendy jsou posléze publikovany ve vědecké literatuře.

Vzhledem ke skutečnosti, že letos se pracovalo s větším množstvím přístrojů než v předchozích letech, bylo možno zřídit na jednom ze stabilizovaných bodů v bezprostřední blízkosti antarktické stanice “dočasnou GNSS referenční stanici”, na které byl umístěn přijímač Trimble Geo7X. Její souřadnice byly spočítány z několikadenních observací s centimetrovou přesností. K výpočtu byla využita data z nejbližší pevné vědecké referenční stanice, zapojené do sítě SOPAC, umístěné na 50 km vzdálené chilské antarktické stanici General Bernardo O´Higgins na Antarktickém poloostrově. Veškerá podrobná měření (ledovce, pevné body, stanice…) pak byla následně výpočetně vztažena k námi zřízené “dočasné referenční stanici”, která je vzdálena od všech lokalit zájmu pouze do cca 15 km. Výsledek tak může být výrazně (až řádově) přesnější, než pokud by se všechny výpočty vztahovaly ke vzdálené referenční stanicí O´Higgins.

Důležitým úkolem je mimo jiné i přesné zaměření stanice a přilehlých kontejnerů. Opakované měření v jednotlivých etapách slouží zároveň k posouzení stability objektů. To je, vzhledem k jejich umístění na věčně “živém” antarktickém permafrostu, velmi významná otázka. Ta souvisí i s opakovaným proměřováním několika “pevných” bodů v blízkém okolí antarktické stanice, které byly stabilizovány Hydrografickou službou britského Ministerstva obrany. Ke všem těmto účelům byly voleny dlouhé, mnohahodinové měřické observace za účelem dosažení maximální přesnosti.

Využití GNSS přístrojů je na české antarktické stanici skutečně všestranné. Kromě zmíněných úloh jsou Trimble Geo7X a GeoXH 6000 nezbytnými pomocníky při zaměřování pokusných odběrných ploch permafrostu. I v tomto případě jsme pro vyšší přesnost s výhodou využili dočasně zřízené referenční stanice.
Výsledky letošních výpočtů jsou velmi konzistentní a z hlediska dosažené přesnosti představují značný posun kupředu. Definitivní analýzy budou dokončeny v průběhu roku.

RTX korekce – nové možnosti

Jedinečné možnosti účasti na expedici jsme využili pro otestování dostupnosti globálních satelitních diferenčních korekcí Trimble RTX. Trimble poskytuje služby těchto zpřesňujících korekcí celosvětově, pro různé aplikace, na různých úrovních přesnosti. Jejich obrovskou předností je skutečně celosvětové pokrytí, zcela nezávislé na pokrytí signálem pozemních mobilních operátorů (na rodíl od standardních externích GNSS korekcí, např. ze sítě CZEPOS). Nikdo však dosud netestoval, zda jsou korekce dostupné i v Antarktidě.

Vedlejším, avšak nepochybně velmi zajímavým výsledkem naší činnosti v Antarktidě bylo zjištění, že diferenční korekce RTX na České antarktické stanici na ostrově Jamese Rosse fungují. Pro testování byl vybrán přijímač Trimble R1 a služba ViewPoint RTX. Malá GNSS krabička hlásila bez jakéhokoliv dalšího připojení submetrovou přesnost v reálném čase. Na podrobnější testování skutečně dosažené přesnosti metodou, která má nepochybně velkou budoucnost, však již nezbyl dostatek času. Otázka možností hlubšího praktického nasazení RTX technologie při vědeckých aktivitách v Antarktidě tak zatím zůstává otevřená.