Dla użytkowników systemów GNSS najważniejsza jest dokładność pozycji. Państwo, prowadząc swoje badania, starają się, by tej dokładności nie liczyć w metrach, a centymetrach.

Mgr inż. Beata Milanowska (B.M.): Systemy GNSS rozwijają się obecnie na wielu różnych polach – m.in. powstają nowe systemy satelitarne, nowe sygnały i nowe produkty czy rozwiązania wspierające ich działanie. My staramy się te różne aspekty badać, aby móc stwierdzić, czy ostatecznie ta pozycja się poprawia, czy nie. Podstawowym celem moich badań jest to, aby użytkownik mógł skorzystać z jak najdokładniejszej pozycji. Żeby to osiągnąć, muszę mieć wiedzę o czynnikach, które mają na to wpływ, a jednym z takich czynników jest jonosfera, którą od wielu lat bada prof. Paweł Wielgosz. Można powiedzieć, że jonosfera jest najbardziej kłopotliwa dla pozycjonowania satelitarnego, więc trzeba ją w odpowiedni sposób obliczać i modelować – tak, aby błędy pozycji były jak najmniejsze.  

Prof. dr hab. inż. Paweł Wielgosz (P.W.): Jedną z przyczyn zakłóceń są burze, które występują w jonosferze. Skutków tego doświadczają np. geodeci. Gdy pójdą w teren wykonać pomiary, np. wytyczyć powierzchnię działki, i akurat będzie burza w jonosferze, to wrócą z niczym, bo dokonanie takiego pomiaru będzie niemożliwe. Mgr inż. Beata Milanowska bada nie tylko konsekwencje takich burz, ale także szuka rozwiązań, aby przeciwdziałać ich negatywnym skutkom, czyli zastanawia się, jak pomimo takiej burzy, najlepiej wyznaczyć pozycję odbiornikiem satelitarnym. Od lutego rozpocznie realizację trzyletniego projektu NCN PRELUDIUM obejmującego tę tematykę. Obecnie prowadzimy też dwa inne projekty badawcze. Pierwszy z nich pt. „Scientific exploitation of space Data for improved Ionospheric SPECification (DISPEC)”, dotyczy obserwacji jonosfery za pośrednictwem satelitów niskoorbitralnych i finansowany jest z programu Horyzont Europa. Drugi z projektów to z kolei „Globalny model jonosfery oparty o wielosystemowe obserwacje fazowe GNSS”, podczas którego zamierzamy opracować dokładny model jonosfery dla geodetów. Jest on realizowany w ramach zadania „Inkubator Rozwoju” projektu pn. „Science4Business – Nauka dla Biznesu”.

Pani magister przygotowuje się do obrony rozprawy doktorskiej na podstawie publikacji naukowych dotyczących szeroko pojętych technologii GNSS, a jej promotorem jest pan profesor. Proszę wyjaśnić, na czym dokładnie polegają te badania.

P.W.: W geodezji korzysta się z drogich, specjalistycznych odbiorników, bo np. wytyczając granicę działki, możemy pomylić się maksymalnie o 10 cm. Mgr inż. Beata Milanowska pracuje nad tym, aby za pomocą tzw. niskokosztowego odbiornika, jaki mamy np. w telefonie czy liczniku rowerowym, osiągnąć jak najdokładniejszą pozycję – z granicą błędu wynoszącą maksymalnie metr.

Możemy podać przykłady zastosowań tej technologii?

P.W.: Skoro dzisiaj można zamówić jedzenie, które dostarczy nam dron, to ten dron musi wiedzieć, pod jaki dokładnie adres dotrzeć. Wyobraźmy sobie też taką sytuację: jest wypadek na dwupasmowej drodze i problem polega na tym, że przy obecnie dostępnej dokładności, służby ratunkowe nie będą wiedziały, na jakim dokładnie pasie zdarzył się wypadek – czy np. jedziemy drogą S7 w kierunku Warszawy czy Gdańska. Poza tym jest jeszcze coś, co wymaga poprawy, a mianowicie zastosowanie technologii GNSS w miastach. Dzisiaj z geodezyjną precyzją mamy do czynienia na otwartej przestrzeni, ale w dużych miastach, gdzie znajdują się wysokie budynki, które zasłaniają sygnały satelitarne, nie jest to już takie proste.

Czy wprowadzenie takich rozwiązań to kwestia „jutra”, czy raczej bardziej odległej przyszłości?

B.M.: Widać już światełko w tunelu. W europejskim systemie nawigacji satelitarnej Galileo, dostępny jest HAS (High Accuracy Service), czyli usługa zapewniająca bardzo wysoką dokładność pozycjonowania satelitarnego, znacznie lepszą niż standardowy GPS w telefonie. I ja staram się z niego korzystać, a to, co jest w nim szczególnie dobre, to model jonosfery opracowany przez naukowców z Politechniki w Barcelonie (UPC). W ubiegłym roku byłam na stażu naukowym na tej uczelni, podczas którego miałam przyjemność pracować z naukowcami z grupy gAGE, którzy opracowują ten model. On nie jest jeszcze powszechnie dostępny, ale dzięki temu pobytowi, mogłam już z tym modelem pracować i go testować. Bardzo się cieszę z odbytego stażu, bo zespół naukowców, z którym pracowałam, porusza zagadnienia badawcze podobne do moich, więc taka wymiana doświadczeń była bardzo cenna. Bardzo mi się podobała również ich kultura pracy i po powrocie czułam się zainspirowana i z przyjemnością przystąpiłam do wykonywania swoich zadań. 

Na podstawie pani pracy magisterskiej powstał artykuł, który wspólnie z dr hab. inż. Anną Krypiak-Gregorczyk, prof. UWM oraz dr. hab. inż. Wojciechem Jarmołowskim, prof. UWM, opublikowali państwo w prestiżowym czasopiśmie zagranicznym „GPS Solutions”. Jego tytuł to: „Validation of GNSS-derived global ionosphere maps for different solar activity levels: case studies for years 2014 and 2018”. Co to były za badania?

B.M.: Badania te polegały na analizie dostępnych modeli jonosfery wykorzystywanych w pozycjonowaniu satelitarnym, które są tworzone przez odpowiednie centra analiz. W pracy określiliśmy ich dokładność w dwóch różnych okresach: niskiej i wysokiej aktywności słonecznej w trakcie dwudziestego czwartego cyklu słonecznego. Informacja o dokładności modeli jonosfery jest istotna w różnych badaniach naukowych, stąd nasza praca ma już całkiem sporo cytowań.

P.W.: Te badania służą lepszemu zrozumieniu pogody kosmicznej oraz jej wpływu na sygnały satelitarne, a to jest ważne, bo dla wielu systemów technologicznych jest ona czymś kluczowym. Przypomnę, że pogodą kosmiczną nazywamy zespół zjawisk zachodzących na Słońcu oraz w naszej ziemskiej magnetosferze i jonosferze.

Jaki może być następny etap państwa badań?

P.W.: Dzisiaj, np. w telefonach komórkowych, pojawiają się układy scalone, które odbierają precyzyjne pomiary fazowe stosowane wcześniej wyłącznie w geodezji. W związku z tym następne etapy badań będą dotyczyły obserwacji precyzyjnych i mamy już nawet do tego odpowiednie narzędzie – mgr inż. Beata Milanowska przygotowała własne oprogramowanie do analizy obserwacji satelitarnych czy też modeli jonosfery, które jest w stanie opracowywać surowe dane z systemów GNSS na różne sposoby. Precyzyjne obserwacje z odbiorników niskokosztowych pozwalają – jeśli mielibyśmy posłużyć się poprzednimi przykładami – wyznaczyć telefonem dokładne granice działki, a dron dostarczający jedzenie mógłby wylądować dosłownie pod naszymi drzwiami. Precyzyjne określenie pozycji jest także niezbędne w szybko rozwijającej się nawigacji autonomicznej, np. samochodów. 

W nauce istotna jest relacja mentor-uczeń, która opiera się na wsparciu i współpracy, a której efektem jest, z jednej strony, wprowadzenie młodego badacza do świata nauki, a z drugiej, przekazanie zdobytej już wiedzy, by ta nie poszła na marne. Państwo są zgranym duetem, który osiąga naukowe sukcesy. Jaki jest klucz do tak udanej współpracy?

B.M.: Dla mnie najważniejsze jest to, że profesor dzieli się ze mną swoją wiedzą i jest otwarty na moje pomysły. Współpracujemy ze sobą już kilka lat i dzisiaj wiem, że mogę przyjść do profesora z każdym pomysłem, a jeśli będę potrzebowała, żeby coś mi wytłumaczył czy uzupełnił moją wiedzę, to mogę mieć pewność, że nigdy nie zostanie to odebrane w negatywny sposób, czy że nie zostanę zignorowana.

P.W.: Myślę, że w naszym przypadku ważną rolę odgrywa również to, że mamy wspólne zainteresowania naukowe, które są naszą pasją. Nie brakuje nam motywacji, bo prowadząc badania, zaspokajamy swoją ciekawość. Moja współpracowniczka ma też kluczową dla naukowca cechę, a mianowicie docieka: często o coś dopytuje albo dyskutuje na temat różnych propozycji rozwiązań danego problemu naukowego.

Rozmawiała Marta Wiśniewska

Prof. dr hab. inż. Paweł Wielgosz pracuje w Katedrze Geodezji UWM. Jest ekspertem z zakresu systemów satelitarnych GNSS, członkiem Państwowej Rady Geodezyjnej i Kartograficznej, Komitetu Geodezji PAN, Komitetu Badań Kosmicznych i Satelitarnych PAN, Komitetu ds. zastosowań naukowych GNSS przy Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) oraz Zarządu Międzynarodowej Asocjacji Geodezji (IAG).

Mgr inż. Beata Milanowska pracuje w Katedrze Geodezji UWM. Do jej zainteresowań naukowych należą zaawansowane metody opracowania obserwacji GNSS. 

Tekst ukazał się w styczniowym numerze „Wiadomości Uniwersyteckich", którego tematem przewodnim jest „Jutro". Naukowcy z UWM śmiało spoglądają w przyszłość i pracują nad tym, by czynić ją lepszą. Wspólnie z naszymi rozmówcami przypominamy więc, że na jutro nie należy odkładać troski o zdrowie... i emeryturę, a także zastanawiamy się, czy czeka nas kwantowa przyszłość. 

Piszemy też o sukcesach naszej społeczności oraz wydarzeniach, którymi żył Uniwersytet. Wszystkie wydania „Wiadomości Uniwersyteckich" znajdują się >>> na stronie UWM