Automatizētas zenītkameras VESTA vertikāles nolieču mērījumu precizitātes paaugstināšanas izpēte

Projekta nosaukums: Automatizētas zenītkameras VESTA vertikāles nolieču mērījumu precizitātes paaugstināšanas izpēte

Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/4/20/666

Projekta vadītājs (pēcdoktorants): vadošā pētniece, Dr.sc.ing. Inese Vārna

Projekta īstenošanas termiņš: 2021.01.01-2023.06.30.

Projekta kopējais finansējums, LU daļa: 111,504.90 EUR, LU daļa: 5,575.25 EUR

Projekta mērķis: Digitālā zenītkamera ir instruments, kura mērījumu rezultāti tiek izmantoti Zemes gravitācijas lauka pētījumos.

Projekta mērķis ir izpētīt jaunās automatizētās digitālās zenītkameras VESTA potenciālu:

1) testējot to dažādos vides apstākļos, lai izpētītu anomālās refrakcijas ietekmi, jo anomālā refrakcija ir galvenais uz Zemes veikto astrometrisko mērījumu precizitāti ierobežojošais faktors, kas izraisa novēroto zvaigžņu leņķiskos pārvietojumus;

2) veicot precizitātes analīzi vienā testa mērījumu vietā 2 gadu garumā, lai noteiktu izmērīto vertikāles nolieču vērtību raksturlielumus telpā un laikā.

Projekta rezultāti: digitālās zenītkameras VESTA precizitātes pieaugums un anomālās refrakcijas statistiskais raksturojums. Šie rezultāti tiks publicēti 2 publikācijās un prezentēti 7 konferencēs. Projekta ietvaros paredzēti 4 mobilitātes braucieni. Tiks radīta jauna novērojumu metodoloģija un rekomendācijas digitālās zenītkameras lietotājiem. Projekta gaitā tiks pilnveidotas pēcdoktorantes prasmes un zināšanas. Projektā paredzēts veicināt digitālās zenītkameras VESTA atpazīstamību un sekmēt tās komercializāciju.

Kontakti: inese.varna@lu.lv

1. ceturksnis (01.01.2021.–31.03.2021.)

Veiktas zinātniskās literatūras studijas par atmosfēras anomālās refrakcijas izpēti.

Uzsākta zvaigžņu attēlu centroīdu noteikšanas algoritmu izvērtēšana.

Tika organizēta mērījumu veikšanai nepieciešamo materiālu iegāde: gaisa mitruma, temperatūras un spiediena sensors; veikta tirgus izpēte par potenciāli nepieciešamo vēja virziena un ātruma sensoru.

Pieteikta dalība un iesniegts abstrakts virtuālajā EGU (European Geosciences Union) Ģenerālās asamblejas konferencē, prezentācijas nosaukums “Digital zenith camera VESTA and its applications”.

2. ceturksnis (01.04.2021.–30.06.2021.)

Ierīkots poligons lauka mērījumu veikšanai - 4 punkti (izvietoti 50x50m attālumā), kā arī uzsākti lauka mērījumi - noteiktas vertikāles nolieču vērtības ierīkotajiem punktiem (4-9 novērojumi katrā punktā), mērījumu ietvaros vienā no punktiem sākti atsevišķu zenītkameras parametru testi. Veikta tekošo mērījumu apstrāde un sākta to analīze. Rezultātu analīzē īpaša uzmanība pievērsta meteoroloģisko apstākļu ietekmei uz anomālās refrakcijas izraisītām vertikāles nolieču vērtību svārstībām. Pabeigta gaisa mitruma, temperatūras un spiediena sensoru iegāde, sensori saņemti un pievienoti zenītkameras sistēmai, uzsākta meteoroloģisko parametru reģistrēšana zenītkameras mērījumu seansu laikā.

Turpinās darbs pie zvaigžņu attēlu centroīdu noteikšanas algoritma uzlabošanas.

19.–30. aprīlī pēcdoktorante piedalījās virtuālajā EGU (European Geosciences Union) Ģenerālajā Asamblejā ar prezentāciju “Digital zenith camera VESTA and its applications” un 28. jūnijā–2. jūlijā - virtuālajā IAG (International Association of Geodesy) Zinātniskajā Asamblejā ar prezentāciju “Current status and future improvements of digital zenith camera VESTA”.

30. aprīlī dalība Eiropas Zinātnieku nakts pasākumā ar virtuālo posteri “Automatizētas zenītkameras VESTA vertikāles nolieču mērījumu precizitātes paaugstināšanas izpēte”.

3. ceturksnis (01.07.2021.–30.09.2021.)

24. jūlijā–16.augustā realizēta mobilitāte uz Šveici, Iverdonlebēnu, Rietumšveices Lietišķo Zinātņu Universitāti, Vo Biznesa un Inženierzinātņu skolu, kuras laikā digitālā zenītkamera VESTA tika nogādāta Šveicē un tika veikti salīdzinoši vertikāles nolieču mērījumi ar digitālo zenītkameru VESTA un vienlaicīgi gan ar Šveices digitālo zenītkameru CODIAC, gan ar QDAEDALUS sistēmu. Kā arī tika iepazītas digitālo zenītkameru CODIAC un QDAEDALUS sistēmas, prezentēta zenītkamera VESTA, iegūti jauni kontakti ar pētniekiem Šveicē, apspriestas turpmākas sadarbības iespējas. Mobilitātes laikā veiktajiem mērījumiem ir ļoti liela nozīme, jo tie dos iespēju novērtēt digitālās zenītkameras VESTA precizitāti attiecībā pret pasaulē atzītu autoru radītu kameru CODIAC, kā arī kopīgi publicēt mērījumu rezultātus. Vienlaicīgie novērojumi palīdzēs arī anomālās refrakcijas pētījumos.

Turpinās vertikāles nolieču mērījumi ierīkotajā poligonā. Veikta tekošo mērījumu apstrāde un turpinās to analīze.

4. ceturksnis (01.10.2021.–31.12.2021.)

Pabeigts zvaigžņu attēlu centroīdu noteikšanas algoritms, sākta tā testēšana.

Apkopota projekta pirmajā gadā testa poligonā veikto mērījumu statistika.

Veikta temperatūras sensora iegāde, tas tiks izmantots temperatūras gradientu noteikšanai, lai palīdzētu izprast anomālās refrakcijas ietekmi uz zenītkameras mērījumu rezultātiem.

Iesniegts paplašināts abstrakts ISAG2021 (International Symposium of Applied Geoinformatics) un 2.–3. decembrī dalība virtuālajā ISAG2021 simpozijā ar prezentāciju “Preliminary Results on Test Site Deflection of Vertical Measurements”, kā arī dalība ISAG2021 zinātniskajā komitejā.

5. ceturksnis (01.01.2022.–31.03.2022.)

Turpinās lauka novērojumi poligonā un veikta tekošo mērījumu apstrāde. Tika realizēti atseviķi ļoti gari mērījumu seansi, kuru rezultāti tiks izmantoti anomālās refrakcijas ietekmes analīzē. Tiek plānoti mērījumu seansi, kur temperatūras gradientu noteikšanai tiks izmantots papildus temperatūras sensors, kā arī mērījumi ar divām zenītkamerām vienlaicīgi.

2022.gada 10. martā apmeklēts NGS NOAA rīkotais vebinārs "Geodetic Astronomy at NGS: Past and Present". Martā uzsākta dalība Commercialisation Reactor/LIAA/Stockholm School of Economics kursos "Cutting-Edge Entrepreneurship”.

Tiek vadīta doktora disertācija "Space weather impact on GPS positioning results in Latvia".

6. ceturksnis (01.04.2022.–30.06.2022.)

Turpinās mērījumu rezultātu statistiskā analīze. Uzsākts darbs pie publikācijas.

Poligonā veikti mērījumi ar divām zenītkamerām vienlaicīgi, rezultāti tiks izmantoti atmosfēras anomālās refrakcijas ietekmes analīzē. Veikta šo mērījumu apstrāde.

Pabeigti Commercialisation Reactor/LIAA/Stockholm School of Economics kursi "Cutting-Edge Entrepreneurship”.

7. ceturksnis (01.07.2022.–30.09.2022.)

Turpinās lauka novērojumi poligonā, kā arī tekošo mērījumu iekļaušana rezultātu statistiskajā analīzē: laika sēriju analīze; vertikāles nolieču mērījumu izkliedes korelācija ar seansa ilgumu, vidējo zvaigžņu skaitu kadrā, vidējo gaisa spiedienu, gaisa mitrumu, gaisa temperatūru, gaisa temperatūras izmaiņām seansa laikā, vēja ātrumu un virzienu.

Poligonā veikti atkārtoti mērījumi ar divām blakus uzstādītām zenītkamerām vienlaicīgi (VESTA prototipa instrumentu un jaunāko instrumentu). Galvenais iemesls atkārtotiem seansiem ar divām kamerām - veikt līmeņrāža novietojuma regulēšanu prototipa kamerai, lai elipsoidālā zenīta projekcija būtu maksimāli tuvu CCD kadra centram. Arī šo mērījumu rezultāti statistiski līdzinās aprīlī ar divām kamerām novērotajiem.

Tiek turpināts darbs pie publikācijas.

12.09.2022.-14.09.2022. dalība konferencē "Gravity, Geoid and Height Systems 2022" ar posteri "Preliminary analysis of vertical deflection test site measurements of digital zenith camera VESTA". Posterī prezentēti mērījumu statistiskās analīzes rezultāti.

19.09.2022.- 23.09.2022. vienas nedēļas mobilitāte uz Rietumkolorādo Universitāti (Western Colorado University), tikšanās ar Dr. Suzanne Taylor - diskusija par anomālās refrakcijas ietekmi uz astrometriskiem novērojumiem. Dr. Suzanne Taylor doktora disertācija "On the sources of astrometric anomalous refraction" ir nozīmīgākais pēdējo gadu pētījums par anomālo refrakciju. Apmeklēta Ganisonas Ielejas Observatorija (Gunnison Valley Observatory). Uzstāšanās Dabas un Vides Zinātņu departamenta zinātnes seminārā ar runu “Research activities at Institute of Geodesy and Geoinformatics, University of Latvia” par LU GGI aktivitātēm, zenītkameru VESTA un PostDoc projektu.

30.09.2022. dalība Eiropas Zinātnieku naktī LU Dabas mājas 7. stāvā - tika demonstrēta digitālā zenītkamera VESTA, stāstīts par tās sastāvdaļām, darbības principiem, PostDoc projektu, anomālās refrakcijas ietekmi uz mērījumiem.

8. ceturksnis (01.10.2022.–31.12.2022.)

20.10.2022. dalība RTU 63. starptautiskajā zinātniskajā konferencē Būvniecības sekcijas, Ģeomātikas apakšsekcijā ar prezentāciju "Digital zenith camera VESTA and vertical deflection test site measurement results".

Turpināti regulārie vertikāles nolieču mērījumi poligonā.

Pabeigta un žurnālā "Journal of Surveying Engineering" iesniegta publikācija.

Sākts darbs pie 2021.g 3.cet. mobilitātes laikā Šveicē, Iverdonlebēnā veikto VESTA un Šveices CODIAC zenītkameras mērījumu salīdzināšanas.

Veikta atsevišķu pilnas nakts garuma seansu spektrālā analīze vertikāles nolieču periodiskuma raksturošanai. Vēl tiks meklētas korelācijas ar konkrētiem apstākļiem.

SIA “Mikrotīkls” projekta “Astroģeodēzisko mērījumu precizitātes paaugstināšana un to duālā pielietojuma izstrāde” ietvaros iegādāti papildus 3 meteo sensori. Sensori vienlaicīgi testēti āra apstākļos un iekštelpās.

Tikšanās ar meteorologu Tomu Brici, lai uzklausītu viņa padomus un redzējumu par iespējamo atmosfēras anomālās refrakcijas problēmas novēršanu.

Dalība kalendāra "Zinātne Latvijai 2023" fotosesijā un intervijā, kur tiks vēstīts arī par PostDoc projektā paveikto.

9. ceturksnis (01.01.2023.–31.03.2023.)

02.01.2023.- 27.01.2023. realizēta virtuālā mobilitāte kopā ar pētniekiem no Rietumšveices Lietišķo zinātņu universitātes un Harranas universitātes (Turcija), kā galvenais mērķis bija publikācijas sagatavošana par 2021.g 3.cet. mobilitātes laikā Šveicē, Iverdonlebēnā veikto VESTA un Šveices CODIAC zenītkameras mērījumu salīdzināšanas.

Virtuālās mobilitātes laikā pabeigts manuskripta melnraksts un pēc tā uzlabošanas, marta vidū žurnālā “Remote Sensing” iesniegta publikācija.

Saņemtas recenzijas žurnālā "Journal of Surveying Engineering" iepriekšējā ceturksnī iesniegtajai publikācijai, notiek darbs pie raksta uzlabošanas saskaņā ar recenzentu ieteikumiem.

Turpināti regulārie vertikāles nolieču mērījumi poligonā.

SIA “Mikrotīkls” projekta “Astroģeodēzisko mērījumu precizitātes paaugstināšana un to duālā pielietojuma izstrāde” ietvaros iegādāts drons. Meteo sensors tika instalēts uz drona un digitālās zenītkameras mērījumu laikā pacelts virs zenītkameras reģistrējot meteo apstākļus redzes lauka virzienā, vienlaicīgi trīs citi meteo sensori tika izvietoti 6 m augstumā virs zemes zenītkameras tuvumā. Iegūtie dati tiks izmantoti anomālās refrakcijas pētījumos, meklējot temperatūras un spiediena gradientus mērījumu vietas tuvumā.

Iesniegts un publicēts abstrakts konferencei European Geosciences Union General Assembly: “Digital zenith camera VESTA and vertical deflection test site measurement results”.

Iesniegti četri abstrakti konferencei IUGG General Assembly: "Two-year vertical deflection test site measurements of digital zenith camera VESTA", "Simultaneous parallel astrogeodetic observations using two digital zenith camera systems: comparing CODIAC and VESTA", "Collection of meteorological data during geodetic astronomy observations for investigation of anomalous refraction effect" un "Studies of space weather impact on GNSS positioning".

10. ceturksnis (01.04.2023.–30.06.2023.)

Žurnālā "Remote sensing" publicēta publikācija "Comparative measurements of astrogeodetic deflection of the vertical by Latvian and Swiss digital zenith cameras" (https://doi.org/10.3390/rs15082166 ).

Akceptēta žurnālā “Journal of Surveying Engineering" iesniegtā publikācija "A test of height transfer using vertical deflection measurements by digital zenith camera VESTA".

Žurnālā “Journal of Geodesy” iesniegta publikācija par testa mērījumiem, kas veikti četros testa poligona punktos, un visiem iepriekš veiktajiem mērījumiem. Iegūtā testa poligona datu kopa ir visaptverošākā ilgtermiņa datu kopa, kas ar digitālo zenītkameru iegūta vienā vietā: ~60 naktis divu gadu laikā (~400 stundas dažādu testu un mērījumu).

Sagatavota digitālās zenītkameras VESTA lietotāju rokasgrāmata un rekomendācijas anomālās refrakcijas efekta mazināšanai.

Turpināta drona un meteo sensoru tīkla testēšana veicot vienas nakts novērojumus pie jūras Rojas tuvumā. Pie jūras iespējami lieli horizontālie temperatūras gradienti, kas izraisa anomālo refrakciju. Identificētas vairākas problēmas: meteo sensora jūtīgums pret drona bateriju uzsilšanu, apkārtējās temperatūras ietekme uz meteo sensoru spiediena mērījumiem, meteo sensoru laika rādījumu neprecizitāte. Testi un mērījumi tiks turpināti SIA “Mikrotīkls” projekta “Astroģeodēzisko mērījumu precizitātes paaugstināšana un to duālā pielietojuma izstrāde” ietvaros.

Uzstāšanās LU 81. Starptautiskās zinātniskās konferences sekcijā "Ģeodinamika un ģeokosmiskie pētījumi" ar prezentācijām “Two-year long digital zenith camera VESTA deflection of vertical measurements at the test site” un “Anomalous Refraction and its Influence on Digital Zenith Camera Measurements”.

Attālināta stenda referāta prezentācija konferencē European Geosciences Union General Assembly, stenda referāts “Digital zenith camera VESTA and vertical deflection test site measurement results”.

Dalība Pasaules latviešu zinātnieku kongresā ar stenda referātu "Digital zenith camera VESTA ".

Piedalīšanās LU studiju un pētījumu popularizēšanas pasākumā "Kultūras un zinātnes sinerģija Cesvainē", demonstrējot digitālo zenītkameru.