Krav til måletid for eiendomsmålinger med CPOS - rett kvalitet til rett tid Geodesi- og hydrografidagene 2016 Halvard Teigland og Morten Strand DA 1
"Regelverket" for eiendomsmåling Standarder Stedfesting av matrikkelenhets- og råderettsgrenser (rev 2011) Nøyaktighetskrav Satellittbasert posisjonsbestemmelse (rev. 2009) Krav til måle tid og ukorrelerte målinger kap 6.4.3 Krav til RTK-målinger og punktbestemmelse 2 målinger ventetid 45 min Alternativt 3 målinger ventetid 30 min Områdetype 1: ytre pålitelighet < 10 cm Områdetype 3b: ytre pålitelighet < 50 cm Ytre pålitelighet = maksimal punktdeformasjon ved gjenværende feil Signifikansnivå <= 5% ved beregning av grovfeilsøk og ytre pålitelighet 2
Test av RTK-målinger i CPOS Startet 2011, pågår ennå. Mål Undersøke effekten av korrelasjon i GNSS-målinger Verifisere om retningslinjer for RTK-måling holder mål etter dagens forhold Hvor mange målinger trenger man? Krav til ventetid? Optimalisere ressursbruken Retter seg spesielt mot ventetidskravene Kort ventetid under optimale måleforhold? Lenger ventetid og flere målinger når forholdene er dårligere? Designe dynamiske målerutiner der nødvendig antall målinger og ventetid kalkuleres automatisk i felt Ventetidsestimat i sanntid 3
Logging av RTK CPOS-data via NTRIP Periode 1. juli 2011 Slutt - 22. oktober 2012 totalt 16 måneder Døgnkontinuerlig logging Loggeintervall 1 sekund Datamengde: 113.300.000 RTK heltallsløsninger (FIX) Testfelt: Tromsø 2-5 mottakere har logget simultant (3-4 Topcon + 1 Javad samt 1 Altusmottaker) 2 antenner + antennesplitter (4-kanals) Antenneplassering, 2 lokasjoner: Fri sikt Urban canyon (plassert mellom husene, inntil vegg) Testfelt: Steinkjer Måling i skog Verifikasjon av testresultater Firmware-testing 4
CPOS testfelt 1. Tromsø: frisiktantenne og "urban canyon" 2. Steinkjer : skog 5
Testfelt Steinkjer 6
Analyse simulering av landmåler i felt Beregningsalgoritme: Plukke ut et tilfeldig utvalg av målinger som benyttes i punktbestemmelsen. Utvalget må tilfredsstille forhåndsdefinerte minimumskrav for : Kvalitet Ventetid Antall målinger Dataene analyseres dvs. utjevning, grovfeilsøk, deformasjonsanalyse og områdetypeklassifisering Hvis analyseresultatet er tilfredsstillende er man ferdig, hvis ikke må det måles mer 7
GNSS-analyse 1. Enkeltpunktsutjevning etter minste kvadraters metode Vektene fikseres med full (3x3) covariansmatrise for hver observasjon Vektene reduseres hvis måling med frihåndsantenne og skaleres etter antennestangens lengde 2. Grovfeilsøk Metode: X²-tester med splitt grunnriss/høyde. Grunnriss testes mot tabellverdien (ensidig, øvre band) med 2 frihetsgrader og høyde 1 frihetsgrad (2-sidig test). Hvis signifikant grov feil i grunnriss forkastes hele observasjonen. Ved feil i høyde tas kun høyden ut. Apriori standardavvik satt til 1.0 Signifikansnivå: 0.99999 i enkelttestene 3. Deformasjonsanalyse Ytre pålitelighet beregnes etter Helmert -metoden. Metoden har vist seg å være mer robust ved korrelerte RTK-målinger Utregningene av konfidensintervallene baseres på en tabellverdi (dvs. kvantile i normalfordelinga) som er satt til signifikans-nivå 99% 4. Områdetypeklassifisering 8
Hovedproblemet knyttet til RTKmålinger: Korrelerte falske Fix (heltallsløsninger) Eksempel: Datamengde 630.000 Fix Klynger med målinger varighet 3-24 minutter Ytre sirkel radius 2 meter
Eksempel testdata - kjørt gjennom simuleringsprogrammet 472.208 Fix (heltallsløsninger) Utgjør 4 av data-mengden i CPOS-testen Våren 2016 Sirkel radius 10 cm rundt FASIT 10 CPOS-test
Eksempel: Ventetid 3.600 sek (= 1 time) mellom 1. og siste målng 5 målinger i punktet (dvs. 900 sek = 15 min mellom hver måling i snitt) Resultat: 87.492 utjevnede punkt Samtlige ligger innenfor sirkel med radius 14 mm rundt fasit statistisk basert grovfeilsøk og deformasjonsanalyse i kombinasjon med passende antall målinger samt adekvat ventetid forvandler målinger som i utgangspunktet ser helt håpløse ut til utjevnede punkter av relativt høy kvalitet 11
Samme datasett - 4-målinger per punkt Ytre pålitelighet grunnriss < 10 Feilhyppighet Ventetid, min Utjevnede punkt Feilklassifiseringer Estimert Mo Max Feil 1 av: 1 114 555 125 0.450 0.323 916 2 115 014 109 0.473 0.278 1 055 3 114 807 81 0.485 0.262 1 417 4 114 640 72 0.494 0.255 1 592 5 114 483 51 0.500 0.260 2 244 6 114 510 51 0.505 0.256 2 245 7 114 336 37 0.509 0.248 3 090 8 114 480 10 0.512 0.194 11 448 9 113 983 5 0.515 0.169 22 796 10 113 579 5 0.516 0.232 22 715 11 113 645 1 0.517 0.192 113 645 12 113 604 0 0.519 0.066-12
Simulering av måletidskrav gitt i standard satellittbasert posisjonsbestemmelse Sannsynlighet for feilklassifisering: Antenne: Fri sikt 2 målinger ventetid over 45 minutter: Hyppighet feilklassifisering ca 1 av 3.600.000 3 målinger over 30 minutter Hyppighet feilklassifisering ca 1 av 270.000.000 Antenne: Multipath 2 målinger over 45 minutter: Hyppighet feilklassifisering ca 1 av 3.100.000 3 målinger over 30 minutter Hyppighet feilklassifisering ca 1 av 4.800.000 13
Kurve feilsannsynlighet "multipath-antenne" 4 målinger pr. punkt. Alle data er med (ingen utsiling basert på PDOP, antall satellitter osv.) Apriori standardavvik: 0,9395 Kji-kvadrattest grovfeilsøk signifikansnivå: 0,99999 YPgr <= 10 cm 14
Kurve feilsannsynlighet frisikt-antenne 15
Ytre pålitelighet ved korrelerte målinger og tidsseparasjon Data logget 19. mai 2016 10 min mellom siste og første måling, ingen grovfeil Klynge med målinger i start og slutt av måleepoke 16
12 målinger: ypgr 8 cm 17
10 målinger: ypgr 10 cm 18
8 målinger: ypgr 12 cm 19
6 målinger: ypgr 14 cm 20
4 målinger: ypgr 19 cm 21
2 målinger: ypgr 40 cm 22
Sannsynlighet for feilklassifisering med varierende antall målinger i punktet 23
Områdetypeklassifisering Klassifisering etter kartverksstandarden Områdetype 1: ytre pålitelighet < 10 cm Områdetype 3b: ytre pålitelighet < 50 cm Deformasjonsanalyse (ytre pålitelighet) Utvidet kvalitetskontroll vha. empiri fra CPOS-testen Antall målinger Tilstrekkelig spredning av målingene Ventetid PDOP-analyse 24
Nytt "analyseverktøy" PDOP-kurver
PDOP og ventetid Feilsannsynlighet 1: 3 000.000 4 målinger pr. punkt (jevnt fordelt) Signifikansnivå grovfeilsøk: 0.99999 (kji-kvadrattester) Områdetype PDOP 1 (10 cm) 3b (50 cm) 1,5 02:38 02:02 2,0 08:22 06:54 3,0 22:20 19:01 5,0 26:54 23:40 10,0 30:00 25:18
Tidskorrelerte måleserier - autokorrelasjon Autokorrelasjonene det mest interessante aspektet som så langt har dukket opp i forbindelse med etterarbeidet Potensial for ytterligere forbedring av analyseverktøyet Beregning av autokorrelasjonskoeffisientene gjort unna på relativt kort tid (hele datasettet prosessert på drøye 2 uker) Formel:
Antenne: Multipath-antenne, korrelogram (nord-nord) lag 1 172.800 sek
Samme datasett: lag 600.000 691.200 sek (7-8 døgn) 29
Korrelogram tidsforsinkelse ( lag ) 1 sek 1 time - Blå kurve: fri sikt -antenne: øst-øst (øverst), nord-nord og høyde-høyde (nederst) - Rød kurve: multipath -antenne
Fri sikt -antenna: Spredningsplott residualer De systematiske trendene i datamaterialet forårsaket av autokorrelasjonene er godt kamuflert og IKKE synlige i spredningsplottet 31
Konklusjoner Testresultater og empiri viser at: Kartverkets standard for ventetid er konservativ ventetid er viktig for unngå korrelerte falske heltallsløsninger, særlig under dårlige måleforhold mange målinger gir ikke nødvendigvis bedre resultat PDOP kan brukes til å estimere ventetid det er mulig å redusere ventetid med en faktor på 10 under gode måleforhold Design av analyseverktøy potensielle forbedringer estimere autokorrelasjon bedre vekting av observasjoner mer treffsikkert grovfeilsøk og estimering av kvalitetsindikatorer
Antall observasjoner Ytre pålitelighet i grunnriss Ventetid
Status Galileo 34