Innleveringsoppgave 4 GNSS Satellittmåling Lars Sletten. Innholdsfortegnelse, GNSS teori.

Transkript

1 Innleveringsoppgave 4 GNSS Satellittmåling Lars Sletten. Innholdsfortegnelse, GNSS teori. Emne Side Innledning. 3. GNSS. 3. GPS beskrivelse. 4. Kjernedata for GPS systemet. 5. o Romsegmentet. 5. o Kontrollsegmentet. 5. o Brukersegmentet. 6. GPS frekvensvalg og telemetri system. 7. o C/A Kode. 7. o P Kode. 7. o Navigasjonsmelding. 7. Hvordan kan man benytte signalene fra GPS systemet. 8. o C/A kode pseudo avstandsmåling. 8.. o C/A kode / fasemåling. 8. o P kode / fasemåling. 9. GPS systemets forhold til jordas bevegelse og 10. den globale referanserammen. GPS systemets prinsipper og geodetiske sammenheng. 11. Regionale referanserammer. 11. Beskrivelse av EUREF Beskrivelse av WGS o WGS 84 i forhold til lokale systemer. 15. GNSS og lokale koordinatsystemer. 16. o Transformajon fra WGS 84 til lokale systemer. 17. Hvordan måler vi avstanden fra rover til satellittene. 18. o Kodemåling. 18. o Fasemåling o FIX løsning 19. Måling med referanse stasjoner. 20. o Satellitt basert DGPS. 21. o Bakkebasert DGPS o Virtuelle referanse stasjoner VRS. 26. Beskrivelse av SATREF VRS tjenester o Dataflyt SATREF Rover. 29. Generellt om landmåling med GNSS utstyr. 30. fordeler og ulemper. Integrert landmåling. 31. GNSS og feilkilder

2 Innholdsfortegnelse, gjennomføring av oppgaven. Emne. Side. Gjennomføringen av oppgaven Utstyr og værforhold. 35. o Utstyr i bruk. 35. o Beskrivelse av Leica CS o Beskrivelse av Leica GS RTK med basestasjon VS. RTK VRS (CPOS) 37. Forhåndsvurdering av GNSS måleforhold. 38. DOP (Dilution of Precision) Beskrivelse. 39. Leica Geo Office måleforhold rapport Praktisk gjennomføring av oppgaven. 43. Oversiktskart over innmålte punkter. 44. Import av rådata fra målebok. 45. Vurdering og midling av innmålte punkter. 46. o Forutsetninger for deteksjon av 46. grovfeil i målingene. Koordinatliste for innmålte punkt. 47. Konklusjon. 47 Tillegg Utdrag fra Leica brukemanual

3 Innledning. Denne øvelsesrapporten inneholder i prinsippet 2 deler. En ganske omfattende teoridel som omfatter store deler av sammenhengen mellom de enkelte delkomponentene i GNSS systemene. Beskrivelse og besvarelse av arbeidskravene i øvelsesteksten. Grunnen til at den teoretiske delen er såpass omfattende er i hovedsak at GNSS er og kommer til å bli hovedverktøyet i jobben som landmåler. Jeg anser det som svært viktig å kjenne den store sammenhengen i hvordan GNSS fungerer i samspill med feks. lokale systemer. Grundig teoretisk bakgrunn gir trygghet til å takle forskjellige utfordinger i den daglige jobben som landmåler. Hvis man skjønner inngående sammenhengene har man mer tyngde i møte med andre fagmiljøer. GNSS Satellittbasert posisjonering, eller GNSS (Global Navigation Satellite System) er på folkemunne ofte kalt for GPS, noe som ikke er helt dekkende for slike systemer, det finnes flere typer GNSS. Felles for disse systemene er at de benytter satellitter i rommet i kombinasjon med kontrollstasjoner på jorda for å gi sanntids navigasjonstjenester over hele jordkloden. GPS Det første operative systemet. Drives av det Amerikanske forsvaret, og er fortsatt det eneste systemet som har en bred brukergruppe. GPS systemet er beskrevet i detalj senere i rapporten. GLONASS Russisk system som nå er fullt operativt. Det er stort sett bare avansert landmålingsutstyr som kan benytte GLONASS signalene. GALILEO Europeisk system som ennå ikke er i drift. COMPASS / BEIDOU Kinesisk system system som ennå ikke er i drift. GNSS i bruk ved innmåling av høyspenningslinje. 3

4 Oversikt over de forskjellige systemenes plassering i rommet. (Fra Wikimedia, godkjent for ekstern bruk.) GPS - Beskrivelse Det første GNSS systemet som ble satt i drift, var Amerikansk og ble kalt GPS. (Global Positioning System) Utgangspunktet for dette var en ordre fra det Amerikanske forsvarsdepartementet om å utvikle et posisjoneringssystem som kunne fungere i sanntid, og i all slags vær over hele kloden. Det ble også stillt høye krav til presisjon og nøyaktighet. Prosjektet ble startet i Den første satellitten ble skutt opp i 1978, og i 1994 var systemet 100% operativt. Tjenestene ble tilgjengelige for publikum tidlig på 1980 tallet, dengang med en innlagt feil, slik at presisjonen ble redusert for sivile brukere. Denne funksjonen kaltes SA (Selective Availability) og ble deaktivert 2.mai Med SA aktivert kunne sivile brukere med enkle mottagere få posisjon med en nøyaktighet på som værst 100 meter, uten SA rundt 10 meter nøyaktighet. Det er verd å merke seg at GPS systemet er fortsatt et militært system, og det finnes ingen garanti for hvilken policy det Amerikanske forsvaret vil føre for GPS tilgjengelighet og nøyaktighet i fremtiden. 4

5 Kjernedata for GPS systemet GPS betår av 3 segmenter som tilsammen danner systemet. Romsegmentet (Konstellasjonen) Består av 24 satellitter. 6 omløpsbaner med 4 satellitter i hver bane. Inklinasjonsvinkel (Vertex) på 55 grader. Omløpshøyde på km. Omløpstid 11timer 58min. (1 stjernedøgn) Hver satellitt har følgende hovedkomponenter. o Ekstremt nøyaktig atomur. (Avvik på ca 2x10-13 sek pr. år) o Datamaskiner som styrer systemet. o Radiosendere og mottagere. o Solcellepaneler for generering av strøm. o Jetmotorer for korrigering av posisjon og baner. Kontrollsegmentet Dette segmentet overvåker og korrigerer den totale tilstanden til GPS systemet. 5 kontrollstasjoner. o Monitorerer direkte på alle satellittene og videresender data til hovedkontroll stasjonen. o Mottar korreksjoner fra hovedkontroll stasjonen og sender disse videre til den (de) riktige satellittene. 1 hovedkontroll stasjon. o Mottar data fra kontrollstasjonene og foretar analyse av disse. o Beregner fremtidige baneparametre. o Sender ut korreksjoner til satellittene via kontrollstasjonene. 5

6 Brukersegmentet Her finner vi alle som bruker GPS signalene til posisjoneringsformål. Det er en mengde formål som GPS brukes til, men under vises noen av disse. Landmåling Fritidsbruk Flynavigasjon Skipsnavigasjon Bilnavigasjon Landbruksformål Maskinstyring Monitorering av miljø og geodetiske sammenhenger Utstyret i bruk under oppgaven. 6

7 GPS telemetrisystem og frekvensvalg. C/A kode (Coarse Acquisition) SPS, Standard Positioning System. Dette signalet er fritt tilgjengelig. Overføres kun modulert på L1 bærebølgen. Teoretisk nøyaktighet ved bruk av 1 mottaker og C/A koden er 22 meter radius. Har en frekvens på 1,023 Mhz. P (Y) kode (Precision) PPS Precise Positioning System P koden er kryptert, og kun tilgjengelig for militært bruk. o Nyere GPS kan beregne posisjon ved hjelp av fasemåling på L2 signalet. Overføres modulert både på L1 og L2 bærebølger. P koden repeteres 10 ganger så ofte som C/A koden, derav økt nøyaktighet. Har en frekvens på 10,23 Mhz. Har mulighet for motttiltak ved forsøk på lesing av P kode. o Systemet kalles AS, Anti Spoofing og ved aktivering kalles P koden Y kode. Navigasjonsmelding Overføres på både L1 og L2 signal. Meldingen brukes av GPS mottageren og inneholder følgende elementer. o Klokkedata som beskriver forholdet mellom satellitt klokke og GPS tid. o Ephemeride data som beskriver faktiske banedata med høy presisjon for aktuell satellitt for et kortere tidsrom. Typisk oppdatering er hver time. Disse data brukes av mottakeren under sanntids posisjonering. o Almanakk data som er en beskrivelse av banedata for samtlige satellitter for en forholdsvis lang tid. Brukes i hovedsak under oppstarten av mottaker for grovposisjonering før full nøyaktighet basert på ephemeridedata er oppnådd. Brukes også til predikering av satellittgeometri og kan brukes som et verktøy til å vise når det er gode forhold for måling i et gitt område. o Ionosfæremodell for beregning av korreksjoner av ionosfære feil. o Klokkekorreksjons melding, synkroniserer mottagerklokken med GPS tid med en nøyaktighet på inntil 100nS. 7

8 Hvordan kan man benytte signalene fra GPS systemet. Det finnes flere måter å måle på, begrensingen ligger som regel i mottakerens spesifikasjoner og ønsket nøyaktighetsnivå. Her følger en grov oversikt over metoder / bruksområde / mottaker typer. C/A kode pseudo avstandsmåling Mottar kun L1 og beregner avstand til satellitter basert på lesing av C/A koden. Nøyaktighet innenfor 22 meter. Bruksområde er håndholdte frilufts GPS og bilnavigatorer o Prisnivå på mottaker fra til ,- Bruksområde er enklere GIS målebøker med integrert GPS o Prisnivå fra til Garmin Etrex Legend Trimble Geo XM C/A kode / fasemåling Mottar L1 og (nyere mottakere) L2. Kan ofte benytte GLONASS systemet i tillegg. Nøyaktighet ned under 10 cm ved bruk av VRS (cpos) o Skal VRS (CPOS) benyttes kreves 2 frekvent mottaker. Beregner avstand til satellitter basert på følgende o Leser C/A koden på L1 og beregner avstand. o Måler fasen til L1 og beregner avstand på grunnlag av denne. o Nyere mottagere leser L2 fasen og beregner avstand på denne. Dette er også kalt faseglatting. Kan motta forskjellige typer korreksjons signaler. Kan tilkobles ekstern antenne for montering på målestang Bruksområde er avanserte GIS mottagere, enklere landmålings mottagere. o Prisnivå til Trimble Geo XH Topcon GRS 1 8

9 P Kode fasemåling Full spec landmålingsmottakere. Mottar L1, L2 Mottar GLONASS Alle netteverks muligheter Nøyaktighet ned på milimeter nivå. Beregner avstand til satellitter basert på følgende o Leser C/A koden på L1 og beregner avstand. o Måler fasen både til L1 og L2 o Kombinerer kode og fase faseglatting Kan ofte måle fasen til L2 selv om Y koden er aktivert Bruksområde er landmåling og monitorering. o Prisnivå fra til Leica GS 15 Trimble Geo XR 9

10 GPS systemets forhold til jordas bevegelser og den globale referanserammen Her har jeg forsøkt å gi en oversikt over det store bildet hvordan GNSS fungerer. 10

11 GPS systemets prinsipper og geodetiske sammenheng Referanserammer. Det er en stor utfordring å få rombaserte satellitter til å spille sammen med en jordklode som beveger seg svært dynamisk. Vi har altså 2 systemer som beveger seg uavhengig av hverandre. Hele jordkloden beveger seg åpenbart som en enhet, men på jordoverflaten foregår det også betydelige bevegelser. De enkelte kontinentene beveger seg uavhengig av hverandre, de sklir på sine enkelte tektoniske plater mens senteret av jorda, GPS systemets 0 punkt er ikke i relativ bevegelse. Dette har medført utfordringer for satelittbasert landmåling og posisjonering. Dette faktumet har nødvendiggjort innføring av en global referanseramme. Systemet som beskriver parametrene for referanserammen kalles ITRS. Selve referanserammen heter ITRF, og beskriver SELVE jordkloden, ikke dens posisjon i rommet. ITRF rammen danner grunnlaget for WGS84, det geodetiske systemet for GPS. Romposisjonen til jorda bestemmes av VLBI nettverket. Grunnleggende prinsipp for denne rammen er følgende: Det er bygd opp et verdensomspennende nettverk av bakkebaserte målestasjoner. Etter hvert som jordoverflaten endres, vil følgelig målestasjonenes posisjoner i forhold til hverandre også endres. o Endringene kan detekteres ved hjelp av forskjellige typer landmålingsutstyr, bakke eller satellitt basert. På bakgrunn av slike kontinuerlige målinger, beregnes jordklodens form. o Jordas form er dynamisk og forandrer seg hele tiden. o Kontinentaldrift fører feks til at Europa fjerner seg fra USA med ca 2,5 cm i året. o Ellipsoiden som benyttes av GPS systemet beregnes på grunnlag av ITRF målingene. GPS (WGS84) ellipsoiden forandres med andre ord hele tiden. Regionale referanserammer Det faktum at kontinentalflatene beveger seg innbyrdes har ført til at det er innført regionale referanserammer. På samme måten som den globale rammen (ITRF), bruker også de regionale rammene faste, bakkebaserte målestasjoner som vil detektere forandringer i jordas form. De regionale målestasjonene er som regel også en del av den globale rammen. Da de enkelte kontinentalplatene beveger seg minimalt innbyrdes, er det langt skjeldnere mellom hver gang det er behov for endringer og tilpasninger. EUREF89, som er vårt nasjonale system, er en regional referanseramme. 11

12 EUREF89 Denne rammen følger bevegelsen til den Eurasiske platen. EUREF89 er en del av ETRS89 rammen (med lokale tilpasninger). Denne rammen har utgangspunkt i den geodetiske situasjonen i Betydningen referanseramme betyr å benytte nettverket av faste målestasjoner til å beskrive formen til den Eurasiske kontinentalplaten. Det er viktig å merke seg at EUREF89 i seg selv ikke er et koordinatsystem, det er en beskrivelse av selve kontinentalplaten. EUREF89 rammen blir satt i sammenheng med ITRF nettverket, og på den måten måles kontinentaldriften. De regionale referanserammene har sin hovedfunksjon i å danne et grunnlag for å gjøre GNSS målinger kompatible med regionale rammer. Det vil si at vi har et rombasert system med et jordsentrisk 0 punkt, og bygger regionale rammer som benytter i praksis en felles modell av jorda (ellipsoiden). Regionale og Globale målinger detekterer hvordan kontinentene sklir rundt på en felles ellipsoidemodell. Å transformere målinger går dermed ut å beskrive posisjonen til det regionale systemet i forhold til det globale WGS 84 systemet. Dette gjør at GNSS målinger kan transformeres nærmest feilfritt til lokale koordinatsystemer. Fundamentale hovedpunkter for EUREF89 i Norge EUREF89 danner et geodetisk system som tilsammen er den offisielle måten å presentere koordinater i kart og oppmålinger. o Geodetisk system : Ellipsoide, ellipsoidesenter, kartprojeksjon og koordinatsystem. Ellipsoide og ellipsoidesenter er tilnærmet identisk med WGS84 EUREF89 systemet er et toposentrisk koordinatsystem, dvs, det er forankret i kartplanet. o (I motsetning til WGS84 som er et geosentrisk koordinatsystem.) Kartprojeksjon / koordinatsystem er UTM o Universal Transverse Mercator projeksjonen benyttes. o Det benyttes et rettvinklet koordinatsystem. 12

13 Som bildet over viser, er koordinatene i EUREF89 låst til kontinentalplata og disse vil ikke endres ettersom plata driver. Da det er svært liten innbyrdes drift på plata, kan koordinatene anses som konstante. (Skulle det skje innbyrdes setninger på plata, ville også EUREF89 koordinatene måtte endres.) Koordinatene i WGS84 er låst til WG84 ellipsoidens form og 0 punkt. 0 punktet er konstant selv om kontinentene driver, og dermed vil et hvert punkt på denne plata endre WGS84 koordinater etter en tids drift. Kontinentaldriften har medført at det idag er en forskjell på ca 40 cm mellom WGS84 og EUREF89, dette kan være betydningsfullt for målinger som krever høy nøyaktighet, Hvis vi vil ha EUREF89/ UTM koordinater når vi måler med GPS/GNSS, må vi foreta en transformasjon. Denne kan skje direkte i måleboka i felten, eller på kontoret når vi eksporterer rådata. Høydene i EUREF89/ Norge, har sitt 0 punkt i henhold til det Norske høydedatumet NN1954. De ellipsoidiske høydene vi får fra GPS mottakeren korrigeres med en lokal geoidemodell. Etter denne transformasjonen vl vi få ut ortometriske høyder. Det finnes i hovedsak 2 måter å sette opp måleboka til å måle i EUREF89. Legge inn ferdigdefinert EUREF89 koordinatsystem oppsett. o Under koordinatsystem/ datum oppsett velges EUREF89. Eller...(Alle punktene under må gjøres på måleboka) Velge UTM/ sone xx som koordinatsystem. Velge WGS84 som datum. Benytte en geoidemodell for HREF. 13

14 Beskrivelse av WGS 84 Selv om GPS systemet idag er langt mer brukervennlig enn for få år siden, og plug and play komponenter er normen, er det fortsatt svært viktig at man kjenner de grunnleggende forutsetningene for hvordan dette systemet fungerer. Dette gjelder i særdeleshet hvis man skal bruke GNSS til landmålingsformål der det stilles store krav til nøyaktighet og presisjon. GPS systemet er låst til det geodetiske systemet WGS 84. Dette betyr at rådata fra en hvilken som helst GPS mottaker ALLTID vil være referert til referanserammen i WGS 84. WGS 84 (World Geodetic System 1984) er et komplett geodetisk system. Systemet har sitt utgangspunkt i den internasjonale refaranserammen, ITRF, og benytter den til en hver tid oppdaterte ellipsoidemodell. Denne dekker hele jordkloden. Selv om navnet WGS 84 refererer til modellen med utgangspunkt i 1984, vil navnet stå fast selv om referanserammen endres i takt med de senseste observasjoner og nyvinninger innen geodesi. WGS 84 er et geografisk koordinatsystem med ellipsoidiske koordinater. Dette vil si at avstander og vinkler refererer til rotasjons sentret til den valgte ellipsoidemodellen. Høydedata referer til ellipsoidens overflate. Rådata kordinater fra GPS benytter grader, minutter og sekunder, eller desimalgrader. WGS 84 definerer følgende sammenghenger: Hvilken ellipsoidemodell som brukes o WGS 84 bruker den nyeste ellipsoidemodellen basert på ITRF rammen. o Selv om ellipsoidemodellen endres, er navnet WGS 84 det samme. Hvor rotasjonssentret til ellipsoiden er. o WGS 84 har senter i jordens gravitasjons senter. o Dette er mer eller mindre konstant. Det defineres et geografisk koordinatsystem WGS ellipsoiden Z aksen danner en linje som sammenfaller med jordas midlere rotasjonsakse. o Z aksen definerer GPS høyde. o Ubehandlede GPS høyder refererer alltid i forhold til ellipsoideflaten. o 0 punktet defineres som identisk med ellpsoideflaten. (Selv om 0 høyde i systemet er jordsentret, korrigeres Z til ellipsoideflate) o Hvis vi skal lese av ortometriske høyder, må vi bruke en geoidemodell som inneholder data for hvor stor geoidehøyde er på aktuellt sted. o I Norge er geoiden alltid over ellipsoiden, det vil si at GPS høyde rådata alltid er for lave i forhold til det man leser av på feks. et kart. X aksen defineres av vinkelen mellom lokal posisjon og ekvatorplanet (0 grader bredde) o Se illustrasjon under. Y aksen defineres av en vinkel mellom lokal posisjon og 0 meridianen (greenwitch) o Vinkel måles alltid langs 0 grader breddegrad (ekvator o Vinkelvektor har sitt utspring i ellipsoidesentret. o 0 grader ved greenwitch meridianen og E/W 180 grader på andre siden. 14

15 Hva betyr GPS og tilknytningen til WGS 84 hvis vi vil ha koordinater i et annet referansesystem? Z, høyder o Høydene i GPS systemet er i sin ubehandlede form referert til ellipsoideoverflaten. o For å lese av ortometriske høyder, må vi ha tilgang til en geoidemodell som beskriver og legger på korrigering for forskjellen mellom ellipsoiden og lokalt høydegrunnlag. Tilpasning til toposentriske koordinatsystemer med forskjellig ellipsoidemodell / ellipsoide senter. Feks. NGO 1948 / ED 50 / Lokale systemer. o En transformasjon må foretas fra WGS 84 til ønsket referanseramme. o Transformasjoner mellom forskjellige datum medfører alltid tap av nøyaktighet. o Det benyttes lokal geoidemodell for å få ortometriske høyder. Tilpasning til toposentriske koordinatsystemer med samme ellipsoidemodell / ellipsoide senter Feks EUREF89. o En transformasjon må foretas fra WGS 84 til ønsket referanseramme. o Transformasjon gjøres på koordinatnivå og vil være tilnærmet feilfri. o Det benyttes lokal geoidemodell for å få ortometriske høyder. 15

16 GNSS og lokale systemer. Før GPS ble det benyttet tradisjonelle metoder for landmåling, og lokale systemer var nærmest enerådende. De ble tilpasset lokale forhold og ga god lokal nøyaktighet. Slike systemer fungerte på det lokale kartplanet, dvs. de var referert til et lokalt 0 punkt. NGO 1948 er et eksempel på et slikt lokalt system. Koordinatsystemer i kartplanet kalles også toposentriske koordinatsystemer. Når GPS ble tilgjengelig, viste det seg snart at det ble vanskelig å tilpasse WGS 84 koordinatene til de lokale systemene slik at nøyaktigheten ble opprettholdt. Selv med de beste metodene, var det alltid restfeil i transformasjonene. Dette var hovedårsaken til at et globalt, jordsentrisk referansesystem var å foretrekke. Et slikt system har sitt 0 punkt i jordsentrum. EUREF89 som er det offisielle Norske systemet, er tilpasset WGS 84 og GPS slik at det ikke skal oppstå feil på grunn av fundamentale forskjeller som feks. ellipsoidemodellen. I dette eksemplet har vi et toposentrisk system (EUREF89) som er tilpasset et jordsentrisk system (WGS 84), da de begge ( i praksis helt likt, selv om det er forskjeller på mm nivå) bruker samme ellipsoidemodell. 16

17 Eksemplet over viser samme punkt i WGS84 vs ED50. Det er en samlet avstand på ca 215 meter mellom de 2 koordinatsettene. 203 meter i X og 73 meter i Y. Prinsipp for å transformere GPS koordinater til et lokalt system. Man har kjente koordinater og høyder i minst 3 lokale punkter, disse bør definere utkanten til det området som skal transformeres. Man måler disse punktene med GPS. Man benytter en transformasjonsmetode som sammenstiller lokale koordinater og høyder med GPS koordinater og høyder. o Etter transformasjonen vil vi kunne måle med GPS og kunne få ut lokale koordinater innenfor det definerte området. Transformasjonsmetoder kan være: o 7 parameter Bra i et lite område Glatter ut deformasjoner i nettet. Medfører alltid feil. o Dynamisk Utvider bruksområdet Medfører alltid feil Offset innmåling av mast. Lasermåling til mast gir retning og avstand. Dette er på Grytøya i Troms på jobb for Hålogaland kraft AS. Eksempel på GIS type innmåling av punkter uten å måtte være fysisk på stedet. Innmålingen forskyver GPS posisjon med polar vektor mot fjærnt punkt. Dette er svært tidsbesparende, da laseren kan måle opp innefor en radius på ca 350 meter. Trimble GEO XH 2 frekvent GNSS med CPOS tilkobling. Sammen med Trimble Laser Ace kan presisjonen ofte være innenfor 1 meter ved hurtigmåling. Innmålingene etterprosseseres med FKB ledningsdata fra Norge digitalt. 17

18 Hvordan måler vi avstanden fra rover til GNSS satellittene? Man kan se på GNSS satellittene som fastmerker i rommet, selv om de beveger seg, er deres posisjoner alltid kjent med høy nøyaktighet. På den måten kan vi bruke signalene til polare målinger mellom oss og satellittene. Hvis avstanden til, og posisjonen til satellitten er kjent, vil alle tenkelige vektorer med denne lengden fra satellitten tegne innsiden av en sfære Har vi posisjon og avstand fra flere satellitter, vil disse disse sfærene skjære hverandres flater og ved minimum 3 avstander, kan vi bestemme vår posisjon horisontalt.(xy) Har vi 4 avstander, kan vi bestemme horisontal og vertikal posisjon. (XYZ) Jo flere kjente avstander, jo bedre blir skjæringen og nøyaktigheten til posisjonen vår. Skjæring av 3 kurveflater gir entydig posisjon i grunnriss. Det er 2 metoder som brukes for å beregne avstanden til satellitten. Kodemåling Fasemåling Kodemåling. Satelittens navigasjonsmelding inneholder alle data om posisjon og retning. (Baneparametre) I tillegg overføres et tidsstempel som sier når signalet forlot satellitten. Når mottakeren mottar signalet, kan den sammenligne utsendt tid med mottat tid, og dermed bestemme tidsdifferansen mellom de 2 klokkeslettene. Signalet fra satellitten beveger seg i utgangspunktet med lysets hastighet, og dermed vil tidsforskjellen tilsvare en distanse. Avstand = Hastighet * Tid Modulert på signalene fra satellittene ligger det 2 typer koder. C/A Coarse Accusition som er tilgjengelig for alle. P Precision som er krypter og bare for militære formål. Kodene er binære, og repeterer seg selv hele tiden, P koden 10 ganger så ofte som C/A koden. Kodene genereres på bakgrunn av klokkene i satellittene. Mottakerklokken genererer sin egen kode på bakgrunn av intern klokke. Denne klokka er ikke så nøyaktig som den i satellitten, dermed må mottaker generere en tilfeldig kode som repeteres 1000 ganger i sekundet, derav ordet pseudo rannge 18

19 Koden sammenlignes med mottat kode og vil til slutt gi en bestemmelse av tiden mellom satellitt og mottaker. Å måle tiden basert på sammenligning av C/A kode, er veldig avhengig av nøyaktigheten til klokkene, og det ligger i metodens natur at det er forbundet med en viss restfeil. Kodemåling brukes mest i enklere GNSS mottakere, eller i kombinasjon med fasemåling i mer avanserte mottakere. Fasemåling. Å måle antall hele og desimale svingninger av bærebølgen til GNSS signalene, kan sammenlignes med en laser avstandsmåler, der vi måler forskjellen i faseforskyvning mellom utsendt og mottat bærebølge. Metoden har den fordelen at den er uavhengig av klokkene i systemet. Her trenger man å vite hvor satellitten er til enhver tid, slik at man trenger fortsatt navigasjonsmeldingen. GPS satellittene sender 2 signaler, L1 og L2, disse har forskjellig frekvens og en kjent bølgelengde. Ved å bestemme antall hele og deler av hele bølgelengder, kan man bestemme avstanden mer nøyaktig enn ved kodemåling. Mottageren genererer en egenfrekvens lik frekvensen til satellitt signalene. Egengenerert frekvens sammenlignes med mottatt frekvens. Den ufullstendige bølgelengden kan bestemmes raskt. Å bestemme antall hele bølgelengder tar lengre tid, og full nøyaktighet er avhengig av at antall hele bølgelengder er kjent. Etter at antallet hele bølgelender er kjent, kan mottakeren beregne dette i sanntid, også med rover i bevegelse. Dette vil si at fasemåling er den mest nøyaktige måten å bestemme avstanden fra rover til satellitt. Hvis man kombinerer kodemåling og fasemåling kalles dette ofte for faseglatting og kan gi en ytterligere forbedring av nøyaktigheten. Begrepet FIX løsning Dette betyr at GNSS mottakeren har bestemt antallet hele bølgelengder og kan etter det kontinuerlig bestemme dette tallet, også i sanntid / bevegelse. Fixløsning betyr at full nøyaktighet kan påregnes. CPOS FIX er også avhengig av at antall bølgelengder er bestemt. Skulle man miste mottaket fra en eller flere satellitter, vil mottakeren måtte begynne beregningen på nytt, og vi har mistet FIX. Ved målearbeid som krever 2 uavhengige målnger, er det er forutsetning at ny FIX etableres mellom målingene. 19

20 Hvordan få best mulig nøyaktighet ut av GNSS - Prinsipper for måling mot referansestasjoner. Uansett hvor god GPS mottaker vi har, vil den aldri kunne blir god nok for landmålingsformål ved å kun benytte kun en mottaker. Vi ser på aktuell ytelse ved bruk av kun GPS signalene uten korreksjoner (Navigert løsning): Ved å benytte 1 mottaker alene i felten (Navigert løsning) vil vi med typiske enfrekvente kode mottakere kunne oppnå en nøyaktighet på rundt 22 meters radius i 95% av tiden. Den nyeste Trimble R10 GNSS (Toppmodellen) vil ved navigert løsning ved de beste forholdene kunne oppnå en nøyaktighet ned mot 25 cm radius / 40 cm høyde. Selv denne state of the art landmålings GNSS mottakeren vil ikke alene kunne klare kravene til mange landmålings jobber. Vi trenger derfor metoder for å forbedre nøyaktigheten til GPS signalene. Det finnes mange typer oppsett, men prinsippene er ofte like. Det finnes 3 hovedgrupper for korreksjon av GPS signaler. 1. Satellittbasert differensiell GPS (SBAS) 2. Bakkebasert Differensiell GPS, (DGPS og Differensiell fasemåling) 3. Bakkebasert VRS, (Virtuelle referanse stasjon, feks. CPOS Innmåling av kabel ved hjelp av kabelsøker / GNSS / CPOS Sender er tilkoblet kabel, frekvensen er 83 khz og mottakeren (fremst på bildet) fanger opp denne frekvensen. Punktene logges med GNSS / CPOS. Kabeltrase vises på displayet på måleboka. 20

21 Satellite based augmentation systems (SBAS) Satellittbasert DGPS Dette er systemer som bruker en kombinasjon av satellitter og bakkestasjoner for å forbedre nøyaktigheten til de eksisterende GPS signalene. I hovedsak er disse systemene laget for å gi GPS flynavigasjon bedre nøyaktighet og ikke minst en monitorering av stabiliteten av signalene (integritet). Det finnes idag 3 slike systemer i drift, WAAS i USA, EGNOS i Europa og MSAS i Japan. I Norge er det EGNOS dekning i hele landet. Slike systemer kan gi en nøyaktighet ned under 1 meter med landmålingsutstyr uten andre nettverkstilkoblinger. Håndholdte tur GPS kan oppnå nøyaktighet ned mot 2-3 meter ved midling av flere observasjoner. De aller fleste, også de enkleste typene mottakere kan benytte EGNOS korreksjoner. Også for GIS og landmåling er disse systemene verdifulle, de kan noen ganger gjøre at man kan løse oppdrag der man ikke har dekning for mobiltelefon eller er uten fastmerker. I slike områder er gjerne kravene til nøyaktighet reduerte og innenfor for hva et slikt system kan levere. Det som er avgjørende ved bruk av EGNOS, er mest mulig fri sikt mot sør, da elevasjonsvinkelen er forholdsvis lav. Hvis vi planlegger bruk av EGNOS, bør vi forhåndsplanlegge jobben for å sikre best mulig satellittgeometri i det tidsrommet vi måler. EGNOS virkemåte 4 Geostasjonære satellitter fungerer som sendere av korreksjonssignaler. o Korreksjonssignalene sendes ut på L1 frekvensen i et eget format som krever at man har en mottaker som er klargjort for dette. 39 målestasjoner spredt rundt i Europa måler data fra GPS satellittene. o Hver satellitt måles av mange stasjoner. Det finnes 4 kontrollsentre som mottar data fra samtlige målestasjoner. o Kontrollsentrene utarbeider korreksjonsdata for hver enkelt GPS satellitt. o Korreksjonssignalene sendes ut til 6 senderstasjoner disse sender ut korreksjonene til EGNOS satellittene som igjen sender ut til brukerene i felt. Korreksjonsignalene er referert til WGS 84 med jordsentriske / ellipsoidiske koordinater. o Dette kan spille inn hvis vi vil ha koordinater et toposentrisk system som feks. EUREF89, transformasjon kan være nødvendig. Det finnes idag 3 systemer i drift, hvert system dekker sitt område i verden. WAAS (Wide Area Augmentation System) EGNOS (European Geostationary Navigational Overlay Service) MSAS (Multi functional Satellite Augmentation System) 21

22 Bakkebasert Differensiell GPS, (DGPS og Differensiell fasemåling) Prinsipper for sanntid måling med bakkebaserte referansestasjoner. En mottaker plasseres i et punkt med kjente koordinater. o Denne logger punkter og sammenligner GPS posisjonene mot kjent posisjon. o Base og rover må motta de samme signalene til samme tid. o Avstanden (Baselinjen har begrensinger på lengden) o På bakgrunn av dette beregnes korreksjoner som sendes i sanntid til roveren som foretar målinger i felt. o Korreksjonene kan beregnes lokalt i målebok, eller i et sentralt kontrollsenter. o Korreksjoner sendes til rover via radio, GSM eller GPRS (internett) o Roveren mottar de samme signalene som basen, og korrigerer feilene til GPS signalene. o Nøyaktigheten er i hovedsak knyttet til hvorvidt vi måler på koden eller på fasen til GPS signalene. o For Differensiell GPS kreves minst 4 satellitter. o For RTK kreves minst 5 satellitter. Differensiell fasemåling kan utføres på følgende måter Statisk o Mottakere står fastmontert over lang tid på samme punkt. o Brukes der det er meget høye krav til nøyaktighet. o Data etterprosesseres. o Nøyaktighet ned mot 3mm i grunnriss. Kinematisk o Benytter bevegelsen stop and go for å beregne nøyaktige data. o Etterprosessering av data mest vanlig. o Nøyaktighet ned mot 10 mm i grunnriss. RTK (Real Time Kinematik) o Det kreves 2 frekvent mottaker i både base og rover o Minst 5 satellitter må være synlig og felles under måling o FIX løsning beregnes mens man beveger seg. o Full nøyaktighet i sanntid VRS (Virtual Reference Station) 22

23 Prinsipp for differensiell GNSS måling. 23

24 24

25 25

26 26

27 SATREF - VRS SATREF er en fellesbenevnelse på VRS tjenester fra kartverket som er tilpasset brukere av GNSS utstyr. Tjenestene baserer seg på et VRS nettverk som forbedrer nøyaktigheten til GNSS signaler. Tjenesten kan i øyeblikket brukes i kombinasjon med GPS og GLONASS satellitter. VRS tjenestene er et direkte alternativ til å ha egen basestasjon, nøyaktigheten er i utgangspunktet likeverdig. Brukere av VRS tjenester slipper å drifte egen base og er heller ikke begrenset til et spesifikt dekningsområde for basen, CPOS dekker i prinsippet alle områder med GSM eller ICE net dekning. Det er en sterk vekst i antall brukere av særlig CPOS, som har vist seg å fungere svært bra i praktisk bruk over hele landet. Prismesig er CPOS nå blitt svært gunstig i forhold til å drifte en basestasjon. Pr. Idag inngår følgende produkter i SATREF CPOS o Sanntid korreksjonsdata basert på en virtuell basestasjon. o Nøyaktighet ved korrekt bruk er 5 cm horisontalt og 8 cm vertikalt i 95% av tiden. o Korreksjonsdata er i EUREF89 koordinater. (Norsk UTM) o CPOS er basert på KODE og FASE målinger. (L1-L2) o HREF data kan inkluderes i korreksjonsdata. HREF beskriver forskjellen mellom NN1954 og EUREF89 ellipsoide. o Krever 2 frekvent rover med følgende dataflyt. RTCM inndata V2.3 eller V 3.1 NMEA utdata, GGA melding Modem for GSM eller GPRS / WIFI o Standard 1-3 bruker abbonnement koster (2012) Muligheter for rabatter. DPOS o Sanntid korreksjonsdata basert på en virtuell basestasjon. o Nøyaktighet kan komme ned under 50 cm horisonalt. o Korreksjonsdata er i EUREF89 koordinater. (Norsk UTM) o CPOS er basert på KODE målinger. (L1) o Krever 1 frekvent rover med muligheter for faseglatting (fase/ kode sammenligning) o følgende dataflyt. RTCM inndata V2.3 eller V 3.1 NMEA utdata, GGA melding Modem for GSM eller GPRS / WIFI o Standard 1 bruker abbonnement koster (2012) ETPOS Korreksjon av GNSS målinger i ettertid o Brukes for å korrigere GNSS målinger uten korreksjoner (navigert løsning) o Særlig aktuellt når det ikke er mulig å oppnå mobildekning eller ingen fastmerker i området. o Måledata sammenstilles med data fra PGS for identiske tidspunkt. De 2 datasettene sammenstilles i et beregningsprogram og overføringsformatet er RINEX. Det er dermed ingen spesielle krav til GNSS rover. o Nøyaktigheten er avhengig av hvilken type rover som er benyttet. Kodemålinger vil gi endelig nøyaktighet på meternivå. Fasemålinger vil gi nøyaktighet på centimeter nivå. o Et døgns uttak av data fra SATREF koster

28 De fysiske komponentene i systemet består av følgende komponenter. Permanente Geodetiske Stasjoner (PGS) o Målestasjonene mottar GNSS signalene og sender data til kontrollsenter. o Differansene mellom korrekte og målte koordinater danner grunnlaget for korreksjonssignalene som sendes til bruker. o Det er inngått et samarbeid med Sverige for bruk av deres SWEPOS stasjoner slik at det skal bli bedre dekning (fortetning av nettverket) i grensetraktene på østlandet. o Det er fortsatt flere stasjoner som skal settes i drift. CPOS (SATREF) kontrollsenter på Hønefoss o Kontrollsentret på Hønefoss mottar data fra alle de permanente stasjonene. o Kontrollsenteret beregner korreksjonsdata basert på PGS målingene. o Kontrollsenteret holder oversikt over aktive brukere og genererer virtuelle referansestasjoner (VRS) for den enkelte bruker. o Kontrollsenteret monitorerer total integritet for SATREF. Daglig overvåking av stabilitet og multipath for den enkelte PGS. Overvåking av de forskjellige systemene på SATREF kontrollsenter. PGS stasjonene i Norgeskart 28

29 Hvordan foregår overføringen av data mellom den enkelte bruker og SATREF kontrollsenter? Måleboka kobles til SATEF kontrollsenter via GSM eller GPRS (Internett/Ntrip) o I områder med dårlig GSM dekning, er det er alternativ å benytte en ICE net ruter. o ICE net er i prinsippet et UHF system lik NMT 450 som noen ganger har dekning på plasser som ikke dekkes av GSM. o Det finnes også very long range WIFI rutere som kan gi internett tilgang opp mot 1-2 km fra ruteren. Dette kan løse problem jobber GNSS mottaker starter opp og beregner en grovlokalisering basert på navigert posisjon. Posisjon sendes til SATREF via NMEA melding SATREF kontrollsenter beregner en virtuell basestasjon ikke lenger unna enn 5 km fra rover. (VRS) Korreksjonsdata sendes til bruker via RTCM melding. Rover oppfatter VRS som en fysisk basestasjon. Ved minst 5 satellitter beregnes fix løsning (utledet heltall faser) og denne korrigeres i sanntid ved hjelp av SATEF signalene. Innmåling av kabelskap med GNSS / CPOS VRS. Trimble GEO XH har bevist at den kan oppnå en nøyaktighet/ presisjon på 6-7 cm horisontalt. 29

30 Generellt om landmåling med GNSS utstyr. GNSS har blitt den dominerende metoden for de fleste typer innmålingsjobber. Det er flere gode grunner for dette, men samtidig er det viktig å være klar over at måling med GNSS har begrensinger på enkelte typer innmålinger. Man må vite når man kan bruke GNSS og når man bør benytte andre innmålingsteknikker. Muligheter for å kombinere GNSS og totalstasjon (integrert landmåling) er også mulig. Tradisjonellt utstyr som totalstasjon og nivelleringskikkert har fortsatt sin plass i landmålingsfaget. Hva er fordelene med bruk av GNSS? Er uavhengig av fri sikt mellom punktene som skal måles. Er uavhengig av fastmerker. Kan benyttes i all slags vær og i mørke. Vil, når det benyttes innenfor sine parametre, gi nøyaktighet god nok for de aller fleste landmålingsformål. Vil normalt gi langt høyere produktivitet enn tradisjonelle målemetoder. Utstyret er lett, robust og enkelt å ta med i felt. Utstyret er som regel billigere enn en totalstasjon. Hva er svakhetene til GNSS? Er helt avhengig av en form for korreksjon av satellitt data. Navigert GNSS er i utganspunktet aldri bra nok for landmålingsformål. Er avhengig av fri sikt til satellittene, med krav til en minste elevasjonsvinkel, typisk >15 grader. Er påvirket av satellittgeometri, det er dårlige perioder for målinger. Hvis kravene til nøyaktighet er svært høye kan GNSS selv på sitt mest optimale, ikke være bra nok. o CPOS vil gi en horisontal nøyaktighet på bedre enn 5 cm horisontalt, og dette tilfredstiller alle krav til posisjonering i terrenget, men... Dette er ikke bra nok til å plassere ut alle hjørnene på et bygg i henhold til nøyaktighetskrav. Dette er ikke bra nok til å plassere ut et boltmønster i feks. en betongsøyle. o Statiske målinger med etterprosessering vil kunne gi GNSS samme nøyaktighet som en totalstasjon, men dette er en svært tidkrevende operasjon. Er lite egnet til måling på følgende områder. o I tett skog. o Nært inntil strukturer som er høyere enn GNSS antennes o I områder med høye bygninger på alle kanter byområder o I Trange daler og søkk i terrenget. o Nært kraftige elektriske støykilder som feks. Trafostasjoner og radiosendere. Eksempel på situasjoner der GNSS er lite egnet. 30

31 Eksempel på hvordan man kan kombinere GNSS og totalstasjon. Integrert landmåling. Man benytter GNSS sin raske oppnåelse av posisjon på en egnet plass, deretter benytter man TPS optiske målinger mot vanskelige punkt, også inn i lukkede rom feks. bygninger eller tuneller. Denne metoden er særlig egnet der det ikke er opprettet fastmerker, eller fastmerkene er i et lokalt koordinatsystem med tvilsom nøyaktighet. Eksempel på hvordan et i utganspunktet mindre nøyaktig system (GNSS) kan kombineres med totalstasjon for å oppnå presisjon som er tilfresstillende. Senterpunktet for boltmønstret får samme nøyaktighet ( TPS avvik) som CPOS posisjonen som ble bestemt ved stasjonsetableringen. Nøyaktigheten vil ligge innenfor rammen til CPOS, bedre enn 5 cm horisontalt. Selve boltmønsteret får nøyaktigheten til TPS, noe som ofte ligger rundt 5 mm og det er bra nok for boltene. Selve masteposisjonen får altså CPOS nøyaktighet, mens boltmønsteret får TPS nøaktighet. 31

32 Feilkilder for GNSS systemer. Det sier seg nesten selv at når man har satellitter som går i bane km ute i verdensrommet med kmt, så vil dette medføre at systemet påvirkes av ytre faktorer som medfører flere typer av degradering av systemets nøyaktighet. Følgende feilkilder med antatt maksimal feil finnes. Klokkefeil og banefeil ~2,3 meter. Satelittgeometri Avhenger av DOP verdi. Ionosfærefeil ~7 meter. Multipath ~1,5 meter. Mottagerstøy ~ 0,6 meter. Interferens fra støykilder ~ Ukjent. Klokkefeil og banefeil til satellittene Hvis satellitten ikke går akkturat der den skal, kan feilen bli den samme avstanden på bakken. Klokkefeil vil gi feilberegninger ved kodemåling hos rover. Ved å benytte fase mottakere, unngår man problemene med klokkefeil. Satelittgeometri. Problemene med dårlig satellittgeometri kan unngås ved å velge perioder med gode forhold. 32

33 Ionosfærefeil. Inonosfæren er et skikt som påvirkes av solstrålingen. Det består av sterkt ioniserte partikler. Dette er feks. det skiktet som vi ser som nordlys i de rette forholdene. Partiklene påvirkes av direkte sollys, og vil avgi elektroner. Skiktet er fra ca 85 km til ca 600 km fra jorda, og ligger altså under GNSS satellittenes baner. Følgelig må GNSS signalene passere gjennom ionosfæren og blir negativt påvirket av denne. Flere måter å ta hensyn til ionosfærefeil. Å bare bruke satellitter med høy elevasjonsvinkel (kortere vei gjennom ionosfæren) Å benytte 2 frekvente mottakere. o Å måle på både L1 og L2 gir muligheter til feildetektering og korreksjon. Å måle etter solnedgang. 33

34 Flerveisinterferens (Multipath) GNSS signalene har den egenskapen at de kan endre retning hvis de treffer faste objekter. Dette kan føre til at GNSS mottakeren ikke mottar signalene direkte, men indirekte, noe som medfører en forlenget tid / faseavstand til satellitten. Dette vil kunne degradere nøyaktigheten betydelig. Fellesnevneren for multipath problemer er der hvor det er høye objekter nært inntil hvor vi måler. Følgelig er det beste remediet mot multipath å unngå målinger på slike plasser. Det finnes noen tiltak som muligens kan forbedre multipath. (Bare i nødfall) Sette en svært høy elevasjonsgrense. Benytte en spesiell choke ring antenne som blokkerer signaler som kommer inn nedenfra mot antennen. Mottagerstøy. Feil som er generert av mottageren selv. Man bør prøve å skjekke mottageren for stabilitet se om den leverer stabile resultater, på den måten fange opp systematiske feil. Interferens fra støykilder. Kilder som sender ut elektromagnetisk stråling kan påvikre måleresultatene negativt. Man bør prøve å unngå å måle veldig nært inntil slike støykilder. Det er vanskelig å si hvor stor innvirkning dette har på resultatet. 34

35 Gjennomføringen av oppgaven, værforhold og utstyr. Været var typisk småsurt høstvær, ca 3C med tungt skydekke, heldigvis slapp vi nedbør, det var heller ikke mye vind under gjennomføringen av oppgaven. Dette var første gangen at vi kom i befatning med GNSS utstyret, noe som utvilsomt gjorde at det hele ble litt prøving og feiling før vi fikk koblet oss opp mot CPOS. Jurate guidet oss gjennom oppkoblingen mot CPOS på en fin måte. Viktige momenter for øvelsen. Benyttet CPOS VRS som korreksjons til GNSS signalene o CPOS korreksjon ble overført via GSM / RTCM, oppringt løsning. Det ble foretatt ny oppkobling til CPOS mellom de 2 inmålingsrundene. Mottaker var satt opp til å motta både GPS og GLONASS satellitter. Kommunikasjon mellom GNSS og målebok var via bluetooth. Måleboka var satt opp til å måle direkte i EUREF89 / UTM 32N. Målestanga var satt til 2,00 meter, dette ble satt inn i måleboka som vertikal offset. Målejobb ble kalt OPPGAVE 4 o Beskrivelse GRUPPE 9 Ifølge kartet vi fikk utdelt, kunne vi velge fritt av alle punktene, kravet var 8 punkter som skulle måles inn 2 ganger med minimum 45 minutter imellom hver måling. Eventuellt kunne det måles 3 ganger med 30 minutter imellom målingene. Grunnen til at man måler samme punktet flere ganger er følgende. Vi vil måle med såpass tidsforskjell at satellittene har flyttet seg nok til å gi en vesentlig endret satellitt geometri. Vi måler med en ny fix for hver måling. Dette vil gi uavhengige målersultater som vil detektere evt feil i målingene. Vi kan midle posisjonene for en enda bedre nøyaktighet. Utstyret som ble benyttet. Leica GS 15 GNSS mottaker Leica CS 10 målebok Leica GS 15 GNSS mottaker Leica CS 10 målebok 35

36 Egenskaper for Leica CS 10. HIG benytter 2 typer målebøker, CS15 sammen med totalstasjon og CS10 sammen med GNSS utstyret. Dette kunne godt være motsatt, begge disse målebøkene kan brukes til både GNSS og totalstasjon. CS 10 og CS 15 har så godt som identiske egenskaper og muligheter, forskjellen er at CS 10 er mindre og lettere, samt har skjerm i portrett modus og annet tastatur. Det faktum at CS10 er mindre og lettere, gjør den mer egnet til GNSS bruk på felles stang, den totale vekten blir mindre. Mindre vekt kan ha stor betydning, det kan bli mange løft av stanga iløpet av en arbeidsdag. Egenskaper for Leica CS10/ CS 15 målebok Operativsystem Windows CE6 Interface Touch/keyb/virtual keyb Internminne 512mb DDR SRAM Lagring 1Gb flash Software Viva smartworx/ microsoft suite Wireless Bluetooth/ LAN Batteritid ~10timer Ladetid ~2 timer Temperatur -30/+60C Vekt 0,7kg Leica CS 10 målebok Leica GS 15 GNSS mottaker 36

37 Egenskaper for Leica GS 15 Signalmottak o L1-L2-L5 (når tilgjengelig) o Glonass o Gallileo (når tilgjengelig) o SBAS o VRS Måleteknologi o Uavhengig fasemåling på alle frekvenser o Det er oppgitt at den er kapabel til å måle koden, også på L2. Antall kanaler o 120 kanaler o 60 satellitter samtidig på 2 frekvenser. Oppgitt nøyaktighet. (Verdier som må sees på som beste ytelse) o Kode DGPS 25cm o RTK hurtigmåling X,Y-10mm, Z 20mm o RTK statisk X,Y - 5mm, Z 10mm o Statisk fasemåling, etterprosessering X,Y 3mm, Z, 3,5mm Operative forhold o Vekt 1,34 kg Ca 4 kg totalt med stang og målebok. o Batterilevetid ca 7,5 timer ved VRS/ GSM operasjon. o Temperaturgrenser (operative) -40C / +65C o Temperaturgrenser (lagring) -40C/ +80C o Støttoleranse Tåler drop fra 1 meter på hardt underlag Montert på 2 meter målestang, tåler å falle på hardt underlag. Andre opplysninger o Integrert GSM modem i GNSS enheten o Bluetooth overføring til målebok. o Støtter alle relevante NMEA og RTCM signaler. o Støtter alle relevante radiosignaler i forbindelse med RTK. o Støtter VRS/ GSM/ GPRS. Som vi ser av spesifikasjonene til denne GNSS mottakeren, så vil jeg si at denne må regnes som state of the art. Utstyret monteres på målestang, slik at dette er en alt på stang løsning RTK med basestasjon VS. RTK VRS (CPOS.) Under øvelsen benyttet vi CPOS tjenesten fra kartverket. Dette medfører at rover utstyret var det eneste utstyret vi trengte under øvelsen. Korreksjonssignalene fikk vi via GSM. Vi kunne gjort samme øvelsen med en lokal basestasjon. (Prinsipp beskrevet under.) En GNSS mottaker står fastmontert på et kjent punkt, koordinatene til denne er lagt inn i måleboka til basestasjonen. Rover og base mottar de samme signalene. Base beregner korreksjonsdata. Overføring av korreksjonsdata kan skje direkte via radio eller via internett. Base er koblet til nettet og rover henter sanntids data derfra. En basestasjon har en viss (begrenset) rekkevidde, og krever tilsyn fra bruker. CPOS har nærmest ubegrenset rekkevidde (GSM dekning) og krever ingen tilsyn fra bruker. 37

38 Forhåndsvurdering av forholdene for GNSS mens innmålingen foregikk. Det ble ikke gjennomført vurdering av måleforholdene før innmålingen ble foretatt. Ideelt sett burde dette vært gjort før jobben. Vi ble instruert om å gjøre vurderingen i ettertid. Hvorfor er det viktig å vurdere forholdene før man starter på en GNSS innmåling? Grunnen til å vi ønsker å foreta en vurdering av forholdene for innmåling, er at det kan være ganske store forskjeller iløpet av døgnet for hvilken kvalitet vi kan forvente oss. GNSS er helt avhengig av dekning fra flest mulig satellitter og disse satellittene bør ideelt sett gi så god som mulig. Satellitt geometri. Høyest mulig elevasjonsvinkel, vanligvis ikke mindre enn 15 grader. o Hvis vi stenger ute satellitter som står lavt på himmelen, unngår vi mange av problemene ved multipath feil. Jo større vinkelforskjell mellom de enkelte GNSS satellittene og rover, jo bedre triangulering av posisjon for rover. Alle GNSS satellittene kalles konstellasjonen. Hvis satellittene står på en linje (hypotetisk) vil vi ha dårligst mulig triangulering av vår posisjon. 38

39 DOP (Dilution Of Precision) GPS satellittene beveger seg med en absolutt fart på ca km/t. Dette fører med seg en betydelig endring av hvordan satellittene er plassert i forhold til hverandre med tiden. Det geometriske forholdet mellom satellittene kalles satellittgeometri. For å tallfeste den momentane geometriske tilstanden til satellitt konstellasjonen er det innført et system som beskriver disse verdiene, samlebenevnelsen for dette er DOP. Eksempel på hvordan en DOP verdi påvirker måleresultatet: En GNSS mottaker har oppgitt et standardavvik på 1 meter. Ved en DOP på 3 kan avvikene da bli 1*3=3 meter. Det er flere typer DOP verdier. Forventet kvalitet på GNSS målinger beskrevet med følgende dimensjonsmål. GDOP 4D Tid, X,Y,Z PDOP 3D X,Y,Z HDOP 2D X,Y VDOP - Z TDOP - Tid Av disse målene er det PDOP og tildels GDOP som er mest relevant for en vurdering av når det er mest hensiktsmessig å gjennomføre en bestemt innmåling. DOP verdier kan klassifiserers slik. 1-5 God geometri som er egnet for de fleste landmålingsformål Moderat geometri som er egnet til enklere landmåling med reduserte krav. >10 Dårlig geometri, ikke egnet for annet enn grov lokalisering av posisjon. 39

40 Leica Geo Office GNSS forholds rapport. 40

41 Rapporten over er basert på en almanakk lastet ned 14/ Selv om dette er 2 dager før måling, er dette OK da GPS almanakken inneholder data for hele konstellasjonen for en lengre periode, typisk minst 14 dager. Det er også viktig å nevne at GPS tiden er tilnærmet lik med GMT, eller UTC tid. (Greenwitch mean time, tid i London). Dermed er det viktig å sette inn offset fra GMT for at klokkeslettene i rapporten skal stemme med lokal tid. For HIG er offset +2 timer, sommertid i Norge. Elevasjonsgrensen var satt til 15 grader. Målingene begynnte 1040 lokal tid og ble avsluttet ca 1240 lokal tid. Antall tilgjengelige satellitter var i snitt 8, med minste antall 7. o Antall satelitter var tilfredstillende under øvelsen. Gjennomsnittlig GDOP var 2,49, med 4,1 som høyeste verdi, dette var helt på slutten. o GDOP var tilfredstillende under øvelsen. o Det er en stigende tendens for GDOP mot slutten av måling, jeg kan ikke se på måleresultatene at dette hadde noen innvirkning. Av elevasjonskurvene kan vi se at det hele tiden var tilgjengelig satellitter høy nok over horisonten. 41

42 Konklusjonen min er at det var tilfredstillende forhold for måling med GNSS utstyr under øvelsen. 42

43 Gjennomføringen av oppgaven, praktisk innmåling av punkter. Innmåling av det første punktet begynnte kl. 1040, det siste punktet i første innmålingsrunde ble målt inn ca kl Innmålingsrunde 2 startet kl og avsluttet ca 40 minutter senere. Disse tidspunktene registrerte jeg ved bruk av min egen klokke, desverre vises ikke klokkeslett for de enkelte punktene i noen av datafilene, hadde jeg vært mere dreven på akkurat dette utstyret, hadde jeg utvilsomt klart å få med dette. Punktene som ble målt inn i rekkefølge var følgende: ny Punktene ble på måleboka navngitt med samme navn som i oppgaven, under den 2. innmålingen Fikk de igjen samme navn, men med en B etter, feks 9004b. Jeg anser kravet om 8 innmålte punkter som innfridd. Det må sises at gjennomføringen av oppgaven bar preg av at alle var presset på tid, det var 2 oppgaver som skulle gjennomføres iløpet samme dagen. Jeg ville ideelt sett ha hatt mere tid for å gjennomføre oppgaven, men noen ganger må det jo gå fort også i arbeidslivet... 43

44 Oversiktskart over området / innmålte punkter. Punktene fra måleboka ble eksportert inn i Gemini oppmåling og jeg valgte FKB2 WMS kart fra statkart som bakgrunn. 44

45 Import av rådata fra målebok. (DXF fil) Leica Geosystems AG Instrument: CS10 / GS15 Måledato: Målejobb: Oppgave 4 Operatør: Jobbeskrivelse: Gruppe 9 Koordinatsystem UTM (EUREF89) - Sone32 Punkt X Y Z Avvik ny b b b b nyb b b b

46 Vurdering og midling av innmålte punkter. Punkt ny X Måling , X Måling , X Differanse 0, ,004 0,005 0,004 0,014 0,004 0,02 Grovfeil? Nei Nei Nei Nei Nei Nei Nei Nei X Middel , Y Måling , Y Måling , Y Differanse 0,01 0,012 0,008 0,026 0,046 0,042 0,014 0,011 Grovfeil? Nei Nei Nei Nei Nei - merk1 Nei Nei Nei Y Middel , , , Z Måling Z Måling Z Dfiiferanse 0,019 0,025 0,004 0,001 0,07 0,014 0,005 0,011 Grovfeil? Nei Nei Nei Nei Nei - merk1 Nei Nei Nei Z middel , , , , , , ,558 Estimert midlet Avvik 0,02 0,026 0,027 0,025 0,023 0,024 0,02 0,021 Forutsetninger for deteksjon av grovfeil i tabellen. Hvert punkt er målt 2 ganger, og det er litt lite for å si noe om det er en grovfeil eller ikke, det er også i minste laget for å beregne standardavviket for hvert punkt. Normalt blir hvert lagret punkt midlet av X antall observasjoner før lagring, i dette tilfellet ble det ikke gjort, slik at det kun er 2 punkter som danner grunnlaget for denne vurderingen. Ideelt sett burde disse 2 målingene bestå av minst 5 midlete observasjoner pr punkt. Jeg har brukt kartverkets spesifikasjon for CPOS. I denne vises det til en forventet maksimal nøyaktighet på 5cm radius horisontalt og 1,5x av dette vertikalt. Dette i 95% av målingene. Mine egne erfaringer med CPOS viser at man under gode forhold kan forvente en nøyaktighet på rundt 6 cm, selv med de enkleste GIS cpos mottakerene. Ser vi på spesifikasjonene til selve mottakeren (Leica GS15), er den høyt spesifisert, og vil fullt ut kunne dra nytte av CPOS og vil ikke være den begrensende faktoren i det totale bildet. På bakgrunn av dette velger jeg å sette grensen for en grovfeil til 0,005m horisontalt og 0,075m vertikalt. Dette er en streng grense, som vil gi sikkerhet for at så få punkter kan ansees som tilstrekkelig for en god måling. Jeg anser også de 2 målingene som likeverdige kvalitetsmessig, derfor kan de midles direkte. 46

47 Koordinatliste for innmålte punkt. (Resultat av 2 midlete innmålinger.) UTM (EUREF89) - Sone32 Punkt X Y Z , , , , , , , , ny , , ,558 Kommentar til Y og Z for punkt 9023ny. Dette punktet ligger mellom bygninger som er 1 etasje over antenna,og det ser ut som om dette kan ha påvirket resultatet. Multipath er en sansynlig årsak. Resultatene ligger dog innefor hva jeg vil kalle for en grov feil og kan godtas. Ideellt sett burde dette punktet vært målt inn på nytt med et betydelig høyere antall midlinger av posisjoner. Konklusjon. Øvelsen ble gjennomført i lys av at dette var første gang jeg brukte dette utstyret. Selv om jeg har lang erfaring med bruk av CPOS, så var det åpenbart hvor viktig det er å kjenne den typen utstyr man benytter. Særlig i begynnelsen gikk det med litt tid for å finne de riktige menyene og knappene. Jeg anser dette som normalt, og utførelsen av øvelsen gikk som planlagt. I negativ retning ble øvelsen påvirket av et ganske merkbart tidspress. Det hele ble litt oppjaget, og bli kjent opplevelsen med utstyret ble litt hemmet av dette. Viktige elementer for min konklusjon. Antall innmålte punkter samsvarer med kravet på 8 punkter. GNSS ustyret ble koblet opp og kommniserte med SATREF på riktig måte. Måleboka ble satt opp og jobb opprettet korrekt. Kravet om 45 minutter mellom de 2 målerundene ble kontrollert med avlesning av klokke på mobiltelefon, og er etter min mening oppfyllt med følgende kommentarer. o Da jeg personlig ikke lastet ned målerapporten hadde jeg følgelig mindre kontroll på formatet på filene og selve utførelsen. Tidstagging mangler på alle mine filer. o På bakgrunn av mine observasjoner av klokke er alle punktene med unntak av de 2 siste punktene på siste innmålingsrunde innenfor fristen på 45 minutter separasjon. Avvik dreier seg om ~5 minutter. Koordinatene for de innmålte punktene er etter min mening av tilfredstillende kvalitet. Følgende grunnlag for dette. o GDOP verdiene under øvelsen var gode nok for GNSS målinge. o Tilgjengelige satellitter med høy nok elevasjonsvinkel var tilfredstillende. o Tilkoblingen mot CPOS VRS var i funksjon under hele øvelsen. o Sammeligning av koordinatene for måling 1 og 2 viser at grovfeil kan utelukkes. Endelig koordinatliste er kontrollert og vurdert som tilfredstillende. Jeg anser dermed øvelsen som tilfredstillende utført i henhold til oppgaveteksten. 47

48 Tillegg. Utdrag fra Leica Brukermanual. GS 15 som rover Alt på stang GS 15 som basestasjon 48

49 CS 10 målebok. 49

50 CS 10 målebok. 50

51 Spesial tastekombinasjoner. 51

52 52

53 53