Øving 2: GPS, planlegging. Transformasjoner.

Transkript

1 INSTITUTT FOR GEOMATIKK NTNU 1 Ut: 11.9 Inn: 25.9 SIB6005 Geomatikk. Høsten 2002 Øving 2: GPS, planlegging. Transformasjoner. Deloppgaver: Versjon nr 2, noen endringer i bruksanvisning etter første gangs bruk (A): Planlegging av måletidspunkter Planlegging av optimale tidspunkter for måling av vektorer. (B): Transformasjoner mellom ulike datum EUREF89, ED50, NGO1948, Trondheim lokal Ellipsoidisk høyde, NN1954, VREF96, Trondheim lokal (C): GPS-oppgaver i læreboka, kapittel 8 Noen aktuelle fastmerker rundt Gløshaugen: EUREF89-verdier (Trondheim kommune ), bygger på SK-verdier. Ellipsoidiske høyder, alle høyder er til topp bolt, hvis det ikke står noe annet under merknader. Punkt N (UTM) Bredde E (UTM) Lengde H (elliopsoidisk) N (geoidehøyde) Merknader Utsikten , , ,094 39,602 Bolt med krage , ,3983 Lerkendal , ,125 87,541 Gamle verdier , ,8768 Festningen , , ,038 39,494 Bolt ved flaggstang , ,5719 S , , ,719 39,551 Topp betongsøyle , ,8768 Tp , , ,850 39,498 Bolt med tjørnemerke i , ,8854 fundament

2 Oppgave (A): Planlegging av måletidspunkter 2 Se vedlegg A1 for bruken av planleggingsprogrammet i Leicas SKI-Pro. Se vedlegg A2 for bruksanvisning og innmålt skyggesektor for Realfagbygget. En fersk almanakkfil kan hentes på : (A.1) Mellom punktene/fastmerkene i tabellen på side 1, skal det måles med GPS. Planlagt observasjonstid er ca 20 min for våre vektorer/basislinjer (kort observasjonstid pga tofrekvente mottakere). Oppgaven er å finne de mest optimale tidspunktene å måle i. Ved å bruke 3 GPS-mottakere samtidig, får vi målt 2 uavhengige vektorer per 20 min måleperiode. Forutsett at det skal måles 8 vektorer mellom punktene og at det tar ca 15 min å flytte/rigge til mottakerne på nye punkter Sett Cut-Off-Angle (Elevation) til 15, og anta at det ikke er noen sikthindringer over 15. Hvorfor vil vi ikke ha med målinger fra satellitter som står lavt på himmelen? Bruk DOP og Sky-plot til å planlegge de mest gunstige måleperiodene. Begrunn svaret. Ta utskrift av DOP og Sky-plottet for den valgte måleperioden. Gi en kort kommentar til utskriftene. Velg ut de 20-minuttersperiodene som har høyest og lavest PDOP-verdier i løpet av døgnet. Ta separate utskrifter av Sky-plottet for de to måleperiodene. Gi en kort kommentar til plottene, hvorfor blir PDOP-ene høye/lave? Se også oppgave 8.7 i læreboka (A.2) I punkt LERKENDAL som ligger på taket rett over instituttet. Det viser seg at det må tas hensyn til en høy bygning ved punktet (Realfagbygget), se vedlegg for innmåling av Realfagbygget. Bruk Obstructions og legg inn skyggesektoren (bygget). Bruk 15 som Cut-Off Elevation. Gjør de samme vurderinger som i (A.1): Når er det optimalt å måle en vektor der punktet inngår? Leveres: Utskrifter med kommentarer til planleggingen i oppgave A.

3 3 Oppgave B: Transformasjoner mellom ulike datum ********************************************************************************** Tips til øvingen: De geografiske koordinatene (lengde og bredde) for et punkt, er oppgitt i det seksagesimale 360 systemet enten desimalt, eller med grader, minutter og sekunder som i oppgave 1. Retningsvinkler i kartplanet er i gon (400-graders-systemet). Bruk riktig vinkelmodus på kalkulatoren! Tenk gjennom antall siffer i beregninger og svar, kravet er cm-nivå (og tilsvarende for vinklene)! Lag gjerne noen små-programmer som løser ut noen av svarene. ********************************************************************************** Fire punkter i Trondheim kommunes fastmerkenett har følgende koordinater og høyder i ulike datums (punkt ST46 er ett av ca 1000 punkter i det landsdekkende Stamnettet (2 av Stamnettpunktene finnes i Trondheim): Punkt Nordkoordinat Østkoordinat Høyde Datum ST46 B = ,0075 L = , ,845 EUREF89, geografiske (geodetiske) koordinater, ellipsodisk høyde 333 (Festningen) N = ,513 E = ,797 67,352 ED50, UTM-koordinater, VREF1996-høyde Utsikten x = ,048 y = , ,509 NGO1948, Gauss-Krugerkoordinater. NN1954-høyde Moholt, søyle x = -2001,623 y = 1708, ,189 Høyde og koordinater i Trondheim lokal 1905 (B1) Bruk det offisielle transformasjonsprogrammet til Statens kartverk, WSKTRANS (er installert på Pcene på datarommet) og opplysningene om Trondheimsnettet vist i et vedlegg til denne øvingen. Et regneark for å transformere fra/til Trondheim er lurt. Tips WSKTRANS: Her, og for en ny bruker av programmet er det greitt å bruke enkeltpunkttransformasjon og lagre resultatet på fil. Beregn koordinatene i kartplanet for de 4 punktene i de 4 ulike datumene EUREF89- UTM, ED50-UTM, NGO1948 og Trondheim lokal 1905 (svaret er en 4x4-matrise). Beregn ellipsoidiske høyder, NN1954-høyder og Trondheim-lokal-høyder for alle 4 punktene. (NN1954-høydene er innenfor noen cm lik høyden i VREF96 i WSKTRANS, avviket skyldes restfeil i bl.a. geoidehøydemodellen). Sammenlign avstand og retningsvinkel fra ST46 til Utsikten i de 4 datumene. Hva sier resultatene om dreining og målestokk i de ulike datumene? Hvor pålitelig er de beregnede verdiene for dreining og målestokk?

4 Oppgave C: Oppgaver i læreboka, kapittel 8 4 Se læreboka Grunnleggende landmåling for figurer Noen av oppgavene kan sjekkes mot planleggingsprogrammet i A. Oppgave 8.4 Nøyaktigheten på en aktuell avstandsmåling med GPS er 7 m. a) Beregn nøyaktigheten på absoluttbestemmelsen av et punkt når det måles med beste geometri og dårligst geometri i løpet av tidsrommet på figur Oppgave 8.7 Figur 8.16 viser et elevasjons- og asimutplott. Denne oppgaven viser tankegangen bak plottet. På figur 8.25 er nordretningen til himmelkulas nordpol tegnet inn. Himmelkula har radius lik uendelig og sentrum i jordas sentrum, alle stjerner o.l kan projiseres til denne kula. Figur 8.25 a) Hvilken nordlig breddegrad er det høyeste en GPS-satellitt kommer? b) Hvis du står på Nordpolen, hva er det høyeste satellittene kommer over horisonten? Lag et elevasjons- og asimutplott for en mottaker på Nordpolen. c) Vi måler på 60 N bredde. Hvilken høydevinkel er det til polarstjernen (som står ca i himmelkulas polpunkt). d) Hvilket område rundt polarstjernen er det ingen GPS-satellitter? e) Lag et elevasjons- og asimutplott for en mottaker på 60 N bredde. Kontroller mot figur 8.16.

5 Vedlegg A1: Planlegging med Leicas prosesseringsprogram, SKI-Pro, kort bruksanvisning: 5 Programmet SKI-Pro fra Leica brukes. Må normalt ha nøkkel, som skal stå i skriverporten, men trenger ikke nøkkel til planleggingsprogrammet. Planleggingsprogrammet kan også hentes ned fra nettet: SKI-Pro under Programmer velg Satellite Availability Survey design velg site (sted) Gi inn koordinater for det stedet dere ønsker å utføre GPS-målinger i. (Grader og minutter er tilstrekkelig) Bestem dato for målingene. Tidsvindu bestemmes ved å velge starttid og periode, start med en 24 timers periode for å få en oversikt for detaljplanleggingen. Zone: Gi inn tidssonen. (For eksempel ligger Norge normalt +1 time foran Greenwich Mean Time (eller UTC), +2 om sommeren.) Cut-Off-Angle: Laveste høydevinkel for målingene velges. 15 er et vanlig valg ved geodetiske målinger, men med moderne utstyr og programvare kan også 10 velges. velg almanac Almanakkfilen inneholder banedata for satellittene, bruk den ferskeste. Den ferskeste almanakkfilen som er lagret, er laget ved å bruke en efemeridefil (sendes via signalene fra satellittene) fra målingene den NB: Hvis almanakkfilene ikke kommer opp, må almanakkfil importeres. Almanakkfilen ligger på D:geoprog, med endelsen.alm (vårt valg av typebetegnelse) NB: En fersk almanakkfil kan hentes på : Typisk filnavn for Leica-filen er o00, o00-filer Velg: import av 500-fil, lagre den på Pc-en, drev E f.eks, ikke C. Deretter velger dere den som almanakkfil velg availability (og tabell mm kommer opp på skjermen) bruk de 6 gråe knappene nederst, se og ta nødvendige utskrifter. Sky-plot viser grafisk satellittenes baner (asimut (retningsvinkel) og høydevinkel). osv, sjekk knappene selv! Tidsvinduet kan endres ved bruk av knappene på den horisontale tidsaksen nederst (over de 6 knappene) for satellitter, se den vertikal baren til høyre. Viser hvilke satellitter som er oppe, og helsetilstanden (blått felt er OK, hvitt er ikke OK) velg obstructions for å legge inn gardiner (sikthindringer). Kan legge inn skyggeområder, der satellittene ikke kan måles til (bygninger, skråninger mm). (Husk 360-graders-systemet gjelder!) Avslutt ved å trykke X-knappen i øvre høyre hjørne, kommer tilbake til start-vinduet.

6 Vedlegg A2: Planlegging i punktet Lerkendal, i A2 6 Realfagbygget skygger for satellittene. En rekognoseringsprotokoll for punktet viser asimut og høydevinkel for sikthindringer i et punkt. Vi har vært og målt inn asimut og høydevinkler for konturene av Realfagbygget, målingene er listet opp nedenfor. da gjenstår det for dere å legge inn måledataene på obstruksjonsfilen og ta ut et par plott/figurer Brukerveiledning: Inn i planleggingsprogrammet til SKI, Satellite Availability, velg Site og Almanac, og deretter Availability velg Obstructions Add file Pointid: legg inn punktnavn, Lerk Legg inn asimut og høydevinkel. Du kan editere filen som en vanlig tekstfil, slette/legge til linjer, endre asimuter/høydevinkler. Det er bare nødvendig å legge inn måleverdiene nedenfor. Følgende er målt med totalstasjon i punkt Lerk, benevning grader (360): Asimut Høydevinkel (elevation) I farten fikk vi problemer med oppsett av første og siste punkt, løste det ved å starte og slutte med 0/360, selv om det ikke var målt i den retningen (beregnet høydevinkel). Programmet interpolerer selv, slik at det beregnes verdier for hver 10-ende grad, i tillegg til måleverdiene. Save Velg Lerk OK, og hindringene blir lagt inn. Sjekk skyplot- og dop-figurene, slik det er henvist til i oppgaveteksten. Hindringen fjernes fra figurene ved å IKKE velge noen hindringer i Obstruction-vinduet.

7 Vedlegg B1. Trondheim lokal Koordinater og høyder i Trondheim kommunes referansesystemer Høyder: Høydene er bestemt ved nivellement og trigonometrisk høydemåling. Nullnivået er midlere lavvann. Denne nullnivåflaten ligger 0,871 m lavere enn geoiden i NN1954 (som tilsvarer middelvannstanden). Koordinater: Det geodetiske grunnlaget og datumet NGO1948 ble tatt i bruk i Trøndelag i Nye transformasjonsformler mellom Trondheim-koordinater og NGO1948-koordinater ble da beregnet. Helmerttransformasjon, konform. Fra Trondheim bynett til NGO1948: x NGO = , , x T 0, y T y NGO = , , x T +1, y T (1a) (1b) Fra NGO1948 til Trondheim bynett: X T = , , x NGO + 0, y NGO (1a) Y T = 19049,474-0, x NGO +0, y NGO (1b) Målestokksforskjellen mellom de to nettene er 31 ppm (mm per km). Trondheim bynett har lavest målestokk av de to. Orienteringsforskjellen mellom de to nettene er 0,31990 gon. Trondheim koordinatsystem må dreies mot urviseren for å få samme orientering som NGO1948 akse 3-systemet.