jämförelse av olika gnss-mottagare1070263/fulltext01.pdf · 2017. 1. 31. · examinator: jan-olov...

Jämförelse av olika GNSS-mottagare – Mätnoggrannhet i plan och höjd vid användande av nätverks-RTK

Comparing GNSS Receivers

– Horizontal and Vertical Accuracy using Network RTK

Andreas Larsson och Patrik Söder

Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap

Mät- och kartteknikprogrammet 120 hp

Exmensarbete 7,5 hp

Handledare: Uliana Danila

Examinator: Jan-Olov Andersson

Datum: 2017-01-13

Löpnummer: 2015:3

i

Förord Efter två år på Mät- och kartteknikprogrammet avslutar detta examensarbete på 7,5 hp våra

studier vid Karlstads universitet.

Vi vill tacka Johan Lindqvist på Swescan i Karlstad för idén till examensarbetet och för att vi fått

tillgång till både instrument och kontakter. Vi vill också tacka Ola Blomgren på Trimtec i

Karlstad för tillgång till instrument och ovärderliga kunskaper, samt Per Eriksson på Karlstads

kommun för information om de stompunkter som använts vid undersökningen. Dessutom vill vi

tacka Martin på driften vid Lantmäteriets SWEPOS-tjänst för att vi fått använda bilder från

jonosfärsmonitorn i vårt arbete, och slutligen vår handledare Uliana Danila som ställt upp på att

svara på våra frågor i tid och otid.

ii

Sammanfattning Syftet med examensarbetet var att undersöka och jämföra mätnoggrannheten vid NRTK-

mätningar hos tre olika GNSS-mottagare i olika prisklass. GNSS-mottagarna som användes är

SatLab 300, Leica Viva GS15 och Trimble R10.

Studien delades in i två olika mätserier. I mätserie 1 utfördes mätningar på olika avstånd från

närmaste fysiska SWEPOS-station (Klass A) för att undersöka skillnader i mätresultat från de

olika GNSS-mottagarna. Mätningar i mätserie 1 utfördes i olika områden på avstånd mellan 3 och

4 km (Skåre/Råtorp), 6 och 7 km (Våxnäs/Kronoparken), samt 17 och 20 km (Vålberg/Älvenäs)

från närmaste fysiska SWEPOS-station (Klass A). I mätserie 1 användes fem av Karlstads

kommuns polygonpunkter och fyra höjdfixar, några med fri sikt och några med delvis skymd sikt

söderut pga. träd och/eller byggnader.

När inga väsentliga skillnader i resultaten från mätserie 1 med avseende på olika avstånd till

SWEPOS-stationen gick att fastställa, utfördes mätserie 2 på färre antal stompunkter belägna i

Våxnäs och Kronoparken. Två polygonpunkter och två höjdfixar användes.

Mätningarna genomfördes under tio till tjugo minuter vid varje mättillfälle. I mätserie 1 jämfördes

SatLab 300 och Leica Viva GS15 mot stompunkterna, och vid mätserie 2 jämfördes SatLab 300,

Leica Viva GS15 och Trimble R10 mot stompunkterna. I mätserie 1 mättes snabbpunkter med

medelvärdesbildning av 25 epoker in vid varje mättillfälle. Detta upprepades under två återbesök

olika dagar. I mätserie 2 mättes snabbpunkter med medelvärdesbildning av cirka 100 epoker in

vid varje mättillfälle, vilket upprepades med två återbesök samma dag.

Resultaten visar små skillnader i mätkvalitet för de olika GNSS-mottagarna vid mätning med

NRTK. Trimble R10 presterar dock oftare ett marginellt bättre resultat i radiell avvikelse jämfört

med de övriga GNSS-mottagarna, och marginellt bättre RMS-värden. På platser med svåra

mätförhållanden har Leica Viva GS15 svårt att erhålla och hålla kvar fixlösning jämfört med de

övriga GNSS-mottagarna, medan SatLab 300 istället erhåller fixlösning mycket lätt under dessa

mätförhållanden. Trimble R10 arbetar inte med fixlösning på normalt vis, utan istället presenteras

en noggrannhet kontinuerligt.

iii

Abstract The objective of this paper was to test and compare three different GNSS-receivers’ accuracy,

using NRTK. The instrument brands and models in the test were SatLab 300, Leica Viva GS15

and Trimble R10.

The test was divided into two measurement series. Measurement series 1 was carried out in

different areas with distances of 3-4 km (Skåre/Råtorp), 6-7 km (Våxnäs/Kronoparken), and 17-

20 km (Vålberg/Älvenäs), respectively, from the closest physical SWEPOS-station (Class A). A

total of nine control points in Karlstad municipality were used in measurement series 1, some

with a total free line of sight southwards, and others partly obscured by buildings or trees.

The results of measurement series 1 shows no significant differences between the tested GNSS-

receiver’s results regarding to different distances to the SWEPOS-station (Class A). Measurement

series 2 focused on measurements was carried out in a more accurate way, at a smaller number of

control points located in the Våxnäs and Kronoparken areas.

The control points were measured during a period of 10 to 20 minutes at each control point. In

measurement series 1 the SatLab 300 and the Leica Viva GS15 with known coordinates at the

chosen control points was compared. In measurement series 2 the SatLab 300, the Leica Viva

GS15 and the Trimble R10 with known coordinates at the chosen control points were compared.

In measurement series 1 fast measurement (1 époque), and an average of 25 époques were

measured at every control point, with two return visits, both at different dates. In measurement

series 2, fast measurement (1 époque), and an average of 100 époques were measured at every

control point, with two return visits at the same date.

The overall results show no significant differences in accuracy of measurements using the

different receiver’s in NRTK-mode. The Trimble R10 results, however shows slightly more

accurate results when comparing radial deviation, and slightly better values when comparing

RMS, relative to the other GNSS receivers. At control points with an obscured sight of view, the

Leica Viva GS15 has difficulties obtaining a fixed solution, and flickers between a fixed and a

float state. At those conditions, the SatLab 300 has no problem with obtaining a fixed solution,

whereas the Trimble R10 instead works in a different way, continuously presenting the quality of

the positioning.

iv

Innehåll

Förord ............................................................................................................................................................. i

Sammanfattning ............................................................................................................................................ ii

Abstract ......................................................................................................................................................... iii

Innehåll ......................................................................................................................................................... iv

Figur- och tabellförteckning ...................................................................................................................... vi

Ordlista ....................................................................................................................................................... viii

1 Inledning ............................................................................................................................................... 1

1.1 Bakgrund ....................................................................................................................................... 1

1.2 Syfte ............................................................................................................................................... 1

1.3 Frågeställningar ............................................................................................................................ 1

1.4 Avgränsning .................................................................................................................................. 1

1.5 Målgrupp ....................................................................................................................................... 2

2 Teori och teknik ................................................................................................................................... 3

2.1 Grundläggande GNSS-teori ....................................................................................................... 3

2.2 NRTK ........................................................................................................................................... 3

2.3 SatLab SL300 ................................................................................................................................ 4

2.4 Leica Viva CS15/GS15 ............................................................................................................... 4

2.5 Trimble R10/TSC3 ..................................................................................................................... 4

3 Metod ..................................................................................................................................................... 6

3.1 Val av mätmetod .......................................................................................................................... 6

3.2 Val av mätpunkter ....................................................................................................................... 6

3.2.1 Mätserie 1 ............................................................................................................................. 6

3.2.2 Mätserie 2 ............................................................................................................................. 7

3.3 Valda mätpunkter ........................................................................................................................ 7

3.3.1 Mätserie 1 ............................................................................................................................. 7

3.3.2 Mätserie 2 ............................................................................................................................. 7

3.4 Praktiskt utförande ...................................................................................................................... 7

3.4.1 Mätserie 1 ............................................................................................................................. 7

3.4.2 Mätserie 2 ............................................................................................................................. 8

3.5 Utrustning och programvaror .................................................................................................... 9

4 Resultat ................................................................................................................................................ 10

v

4.1 Inledning ..................................................................................................................................... 10

4.2 Höjd, plan och radiell avvikelse i mätserie 1 .......................................................................... 10

4.3 Höjd, plan och radiell avvikelse i mätserie 2 .......................................................................... 14

4.4 RMS i mätserie 1 och 2. ............................................................................................................ 18

4.5 Kommentarer till resultatet ...................................................................................................... 20

5 Slutsats ................................................................................................................................................. 21

6 Referenser ........................................................................................................................................... 22

Bilagor .......................................................................................................................................................... 23

vi

Figur- och tabellförteckning

Figur 1. Differens i höjd mellan mätresultatet vid snabbpunkter från mätserie 1 och kommunens

höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter). .......................................................... 11

Figur 2. Differens i höjd mellan mätresultatet vid medelvärdespunkter från mätserie 1 och

kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter). ................................... 11

Figur 3. Radiell avvikelse mellan de inmätta snabbpunkterna och kommunens polygonpunkter.

Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter). ........... 12

Figur 4. Radiell avvikelse mellan de inmätta medelvärdespunkterna och kommunens

polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala

i meter). ........................................................................................................................................................ 12

Figur 5. Differens i höjd mellan mätresultatet från snabbpunkter från mätserie 2 och kommunens

höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter). .......................................................... 15

Figur 6. Differens i höjd mellan mätresultatet från medelvärdespunkter från mätserie 1 och

kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter). ................................... 15

Figur 7. Radiell avvikelse mellan de inmätta punkterna och kommunens polygonpunkter. Även

hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter). ..................... 16

Figur 8. Radiell avvikelse mellan de inmätta punkterna och kommunens polygonpunkter. Även

hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter). ..................... 16

Figur 9. Jämförelse i RMS av alla inmätningar i mätserie 1 (skala i meter). ....................................... 19

Figur 10. Jämförelse i RMS av alla inmätningar i mätserie 2 (skala i meter). ..................................... 20

Figur 11. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2140. ......................................................................... 23

Figur 12. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 3282. ............................................................. 23




Figur 16. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 1037002. ................................................................... 24





Figur 21. Jonosfärsförhållanden under första dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC

(Lantmäteriet, 2015). .................................................................................................................................. 28

Figur 22. Jonosfärsförhållanden under andra dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC

(Lantmäteriet, 2015). .................................................................................................................................. 28

Figur 23. Jonosfärsförhållanden under tredje dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC

(Lantmäteriet, 2015). .................................................................................................................................. 29

Figur 24. Jonosfärsförhållanden under dagen för mätserie 2. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet,

2015). ............................................................................................................................................................ 29

Figur 25. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, snabbpunkter i mätserie 1 (skala i

meter). .......................................................................................................................................................... 30

Figur 26. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, medelvärdesbildning av 25

epoker i mätserie 2 (skala i meter). ........................................................................................................... 30

vii

Figur 27. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, snabbpunkter i mätserie 1 (skala i

meter). .......................................................................................................................................................... 31

Figur 28. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, medelvärdesbildning av 100

epoker i mätserie 2. Skala i meter. ............................................................................................................ 31

Tabell 1. Besökstider och datum för Mätserie 1. ..................................................................................... 8

Tabell 2. Besökstider och datum för Mätserie 2. ..................................................................................... 8

Tabell 3. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan

och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (snabbpunkter) i mätserie 1. ............................. 13


och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (medelvärdesbildning) i mätserie 1. ................ 13


och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (snabbpunkter) i mätserie 2. ............................. 17


och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (medelvärdesbildning) i mätserie 2. ................ 18

Tabell 7. Samma data som i Figur 9, presenterat i tabellformat. ......................................................... 19

Tabell 8. Samma data som i Figur 10, presenterat i tabellformat. ....................................................... 20

Tabell 9. Sammanställning av stompunkter använda i mätserie 1. ...................................................... 27

Tabell 10. Sammanställning av stompunkter använda i mätserie 2. .................................................... 27

viii

Ordlista

GNSS (Global Navigation Satellite System), Samlingsnamn för de satellitbaserade

positionssystemen GPS, GLONASS, Galileo, QZSS m.fl.

GNSS-mottagare, utrustning för att ta emot GNSS-signaler från olika satellitbaserade positions-

system. Består huvudsakligen av en antenn, mottagare och handdator sammankopplade och

ibland sammanbyggda i olika konfigurationer. Här menas ett utrustningspaket där alla

huvudsakliga delar, såsom antenn, mottagare och handdator kommer från samma tillverkare.

HMK, Handbok i Mät- och Kartfrågor, ajourhålls av Lantmäteriet.

NRTK, Nätverks-RTK.

Radiell avvikelse, = √dx²+dy², där dx och dy är skillnaden mellan sant och mätt värde.

RH2000, Svenskt rikstäckande höjdsystem.

RMS, (Root Mean Square), spridning kring det kända (sanna) värdet = √Σr²/n, där Σr² är

summan av alla radiella avvikelse i kvadrat, och n = antalet avvikelser.

SWEPOS, Lantmäteriets rikstäckande stödsystem för satellitpositionering (NRTK) i Sverige.

SWEREF 99 13 30, Lokalt plant koordinatsystem, används i bl.a. Karlstad.

1

1 Inledning

1.1 Bakgrund Det finns allt fler fabrikat och modeller av GNSS-mottagare i olika prisklasser på marknaden.

Johan Lindqvist på Swescan i Karlstad har införskaffat en GNSS-mottagare av märket SatLab

(SatLab 300) och önskade få kännedom om dess noggrannhet jämfört med andra GNSS-

mottagare. SatLab är en yngre aktör på marknaden för GNSS-mottagare, jämfört med mer

etablerade Trimble och Leica, och har riktat in sig på att sälja sina produkter för ett lägre

inköpspris. Också Karlstads universitet har införskaffat en SatLab 300, och en jämförelse med

andra GNSS-mottagare är därför intressant att göra.

1.2 Syfte

Syftet med examensarbetet var att undersöka noggrannheten vid inmätningar med GNSS-

mottagare av olika fabrikat.

1.3 Frågeställningar

Jämförda GNSS-mottagare av olika fabrikat har inköpspris i väldigt olika prisklass.

Frågeställningar utifrån detta är:

Hur mycket skiljer sig mätresultaten åt mellan de olika mottagarna?

Vad kan motivera ett köp av en dyrare GNSS-mottagare?

Vilken metod kan användas för jämförelse?

Kan mätresultaten visa på att en GNSS-mottagare är bättre än någon annan?

Vad är det som gör att mätresultat kan skilja sig åt?

1.4 Avgränsning

Eftersom examensarbetet bara medger studier under loppet av 5 veckor så påverkas arbetet av

tidsbrist, vilket resulterat i att en del avgränsningar gjorts.

I examensarbetet genomförs mätningar på både polygonpunkter och höjdfixar som

tillhandahållits av Per Eriksson (Mätingenjör, lantmäterienheten, Karlstads kommun). Punkterna

är utspridda över hela Karlstad för att få olika avstånd till den basstation (SWEPOS-station klass

A, fortsättningsvis benämnd ”SWEPOS-stationen”, om ej annat anges), som finns placerad i

Djupdalen norr om Karlstad. Tanken med arbetet är att kontrollera hur SatLab 300 ställer sig i

mätnoggrannhet gentemot andra GNSS-mottagare i både plana koordinater och i höjd. GNSS-

mottagare som SatLab 300 jämförs med är Leica Viva GS15 och Trimble R10.

Nedan beskrivs de avgränsningar som gjorts för att kunna genomföra arbetet utan att kvaliteten

på innehållet påverkats:

Andra mätmetoder som DGPS, RTK, statisk mätning, m.fl. är inte fokus för studien.

Avståndet mellan punkterna och någon SWEPOS-station har varit begränsad, då de

stompunkter som fanns att tillgå inte medgav större avstånd än cirka 20 km till SWEPOS-

stationen (klass A). De stompunkter som har ett större avstånd än 8 km från SWEPOS-

2

stationen (klass A), har istället ett avstånd på mellan 5-8 km ifrån en annan SWEPOS-

station (klass B).

Tillgången till olika GNSS-mottagare har varit begränsande för antalet återbesök.

Då ett testfält inte finns att tillgå, som t.ex. lantmäteriets testfält i Gävle, så har

kommunens stompunkter istället använts. Detta medför merarbete och ökad

mätosäkerhet vid uppställning av mätutrustningen. Av tidsbegränsande skäl har stödben

använts istället för stativ i hela mätserie 1, samt vid mätning av höjder i mätserie 2.

Stompunkterna fick inte bli för många, på grund av tidsåtgång för uppställning av GNSS-

mottagare för inmätning, och för att hålla nere tidsåtgången för transport mellan

punkterna.

Elevationsvinkeln har ställts till 15° i mätserie 1 och 13° i mätserie 2.

Mätserie 2 omfattar ett betydligt färre antal inmätta stompunkter än mätserie 1, då tiden

att utföra mätserie 2 begränsats till en dag.

1.5 Målgrupp

Målgrupp för examensarbetet är Swescan och andra företag som inte primärt eller rutinmässigt

använder sig av GNSS-mottagare i sitt dagliga arbete, men ser ett behov av att införskaffa en

enklare GNSS-mottagare, samt studerande och nyexaminerade från utbildningar inom mätteknik.

3

2 Teori och teknik

2.1 Grundläggande GNSS-teori

GNSS-systemen som används idag är uppbyggda på liknande sätt, och består generellt av tre

olika segment, rymd-, kontroll-, och användarsegmentet. Kontrollsegmentet står för driftledning

och har spårcentraler för att bestämma bandata för satelliterna. Rymdsegmentet består av

satelliter som skickar ut en bärvåg (för fasmätning) och en kod (för kodmätning) på flera olika

frekvenser. En GNSS-mottagare i användarsegmentet kan därmed bestämma sin position genom

att från flera olika satelliter samtidigt erhålla bärvåg eller kod. En GNSS-mottagare kan också

kombinera dessa tekniker för att erhålla sin position. (Harrie 2013).

Genom att ta emot signaler från minst fyra satelliter samtidigt kan en GNSS-mottagare erhålla en

position. Tre satelliter krävs för positionen, och den fjärde för att bestämma klockfel hos GNSS-

mottagaren. Att bestämma klockfelet är viktigt, då systemet bygger på att alla klockor visar

samma tid för att kunna bestämma antal mätta våglängder på bärvågen. Satelliterna sänder ut

bärvågssignaler på olika frekvensband, och flera band läggs till med varje ny generation satelliter.

Då en GNSS-mottagare kan ta emot signaler på flera olika frekvensband från varje enskild satellit

ökar noggrannheten på positionen som erhålls. Antalet kanaler och vilka frekvensband en GNSS-

mottagare kan hantera kan vara begränsande om det är för få kanaler, eller om nyare

frekvensband inte stöds. (Harrie 2013).

2.2 NRTK

RTK (Real Time Kinematic), är en teknik för att med relativ fasmätning kunna med 1,5-3 cm

noggrannhet i plan bestämma en mottagares position. Innan 1,5-3 cm noggrannhet kan uppnås

krävs att periodobekanta löses, varpå mottagaren erhåller vad som brukar benämnas fixlösning.

Vid RTK-mätning ställs en GNSS-mottagare upp och tvångscentreras på en plats med kända

koordinater, och fungerar som en lokal referensstation mot en andra mottagare (rover) som på

ett avstånd på upp till 10 km från referensstationen kan erhålla fixlösning med hjälp av signaler

från satelliter och referensstationen. (Harrie 2013).

Vid NRTK-mätning samverkar flera basstationer i ett nätverk för att kunna skapa en modell över

hur olika felkällor (till exempel atmosfärsstörningar) påverkar rovern och mätresultatet.

Referensstationerna kan då befinna sig på ett avstånd upp till 70 km från rovern med i bästa fall

lika goda resultat i mätosäkerhet. I Sverige står Lantmäteriet för SWEPOS-systemet med

permanenta referensstationer (klass A och B) utspridda över hela landet. Vid NRTK-mätning

med SWEPOS-systemet skapas också virtuella referensstationer i närheten av rovern, som också

kommunicerar med SWEPOS via datalänk, oftast över mobilnätet. En nackdel med tekniken är

att rovern måste ha fri sikt mot tillräckligt antal satelliter för att erhålla fixlösning.

Ju fler satelliter som är skymda, desto sämre säkerhet får mätresultatet, och då satellit-

konstellationerna kontinuerligt rör sig kan mätresultatet skilja sig på en och samma plats på olika

tider. Satellitkonstellationerna upprepas med ett mellanrum av 23 timmar och 56 minuter (gäller

NAVSTAR GPS) (Harrie 2013), vilket ger en förskjutning av hur satellitkonstellationerna ser ut

från en dag till nästa vid en återkommande given tidpunkt. En inmätning bör därför kontrolleras

4

med ett återbesök vid en annan tidpunkt. Vid ett avstånd av 70 km eller mindre mellan fysiska

SWEPOS-stationer kan det anses räcka med en tidsseparation mellan återbesöken på 20/45

minuter för godtagbar plan- respektive höjdnoggrannhet (Odolinski, 2010). Genom

medelvärdesbildning av flera återbesök kan om så önskas noggrannare position erhållas på

punkten som skall mätas in

2.3 SatLab SL300

SatLab SL 300 (fortsättningsvis benämnd ”SatLab 300”), är en förhållandevis ny GNSS-

mottagare på marknaden, som säljs till ett relativt lågt inköpspris. SatLab 300 kan hantera 120

kanaler och följande frekvenser:

GPS: L1, L2, L2C.

GLONASS: L1, L2.

GALILEO: E1, GIOVE-A, GIOVE-B.

SBAS: L1, L5.

Förberedd för COMPASS och QZSS.

SatLab 300 består av en intern antenn, mottagare och handenhet. För noggrannare mätresultat än

±10 cm vid mätning med NTRK krävs dock extern GNSS-antenn, vilket enligt tillverkaren kan

ge mätnoggrannheter ner till ±2 cm. I studien har den externa antennen använts. Om angivna

värden gäller horisontellt eller vertikalt framgår inte av tillverkarens tekniska specifikationer.

(Satlabgps, 2015).

2.4 Leica Viva CS15/GS15

Leica GS15 är tillsammans med handenhet CS15 en beprövad GNSS-mottagare (fortsättningsvis

benämnd ”Leica Viva GS15”), som använts av bland annat Lantmäteriet (Allenby, 2014). Leica

GS15 kan hantera 120 kanaler, med följande möjliga frekvenser:

GPS: L1, L2, L2C, L5.

GLONASS: L1, L2.

Galileo: E1, E5a, E5b, Alt-BOC.

BeiDou: B1, B2.

Förberedd för firmware-uppgradering till QZSS: L1, L2, L5.

L-band.

SBAS.

Leica GS15 kan i vissa fall uppgraderas utan merkostnad till 500 kanaler eller mer i framtiden.

Vilka satellitsystem, frekvenser och funktioner som kan hanteras går att konfigurera på många

olika sätt vid ett införskaffande av GNSS-mottagaren. Vid mätning med NRTK anger tillverkaren

en noggrannhet på ner till 8 mm + 0,5 ppm horisontellt och 15 mm + 0,5 ppm vertikalt (Leica

Geosystems, 2015).

2.5 Trimble R10/TSC3

Trimble R10 är tillsammans med handenhet TSC3 (fortsättningsvis benämnd ”Trimble R10”),

också en beprövad GNSS-mottagare. Trimble R10 kan redan från start hantera 440 kanaler, med

följande möjliga frekvenser och system:

5

GPS: L1C/A, L1C, L2C, L2E, L5

GLONASS: L1C/A, L1P, L2C/A, L2P, L3

Galileo: E1, E5a, E5b

BeiDou: B1, B2

SBAS: L1C/A, L5

QZSS

WAAS

EGNOS

GAGAN

Vid mätning med NRTK anger tillverkaren en noggrannhet på ner till 8 mm + 0,5 ppm RMS

horisontellt och 15 mm + 0,5 ppm RMS. Trimble R10 har också en inbyggd elektronisk libell

som visas i handdatorn med inställbar precision och andra tillverkarspecifika funktioner

(HDGNSS, xFill, m.fl.) för att förbättra mätresultaten vid svåra mätförhållanden (Trimble A,

2015). Med HD-GNSS har Trimble frångått den traditionella Flyt/Fixlösningen och redovisar i

realtid värden för noggrannheten, istället för att meddela användaren om att fixlösning uppnåtts.

Detta gör att till exempel en snabbpunktsmätning inte kan få avvikande resultat beroende på att

en ”dålig fix” erhållits (Trimble B, 2012, s. 6-7).

6

3 Metod

3.1 Val av mätmetod

Den mätmetod som valts för att ta reda på hur noggrannheten påverkas beroende på vilken

GNSS-mottagare man använder är NRTK. Anledningen till valet av NRTK som mätmetod i

studien är att den tekniken av Johan Lindqvist hos Swescan anses fullt tillräcklig för deras behov i

dagsläget, då GNSS-mottagaren primärt används till att mäta in positioner hos markstöd för

flygfotografering med drönare. En medelvärdesbildning av mätningar i 25 respektive 100 epoker

genomförs också i mätserie 1 respektive mätserie 2, för att se om denna metod för Swescan

meningsfullt kan förbättra resultaten vid användandet av SatLab-mottagaren, jämfört med

inmätning med bara snabbpunkter. Mätnoggrannheten kontrolleras i både plan och höjd och

jämförs med GNSS-mottagare av andra tillverkare. De GNSS-utrusningar som jämförs med

SatLab 300 är Leica Viva GS15 som utlånades av Karlstads universitet samt Trimble R10 som

utlånades av Trimtec i Karlstad.

3.2 Val av mätpunkter

För att ha bra punkter att jämföra med så har stompunkter tillhandahållits från Karlstad kommun

för att kunna mäta och jämföra mot dessa. Punkterna är belägna runt om i Karlstad och lite

utspridda för att få olika avstånd till den basstation som finns placerad i Djupdalen utanför

Karlstad. Områden som de utvalda stompunkterna finns i är Vålberg, Våxnäs, Skåre, Råtorp och

Kronoparken. I de olika områdena så har det gjorts mätningar mot 2-3 punkter mot minst 1

polygonpunkt och 1 höjdfix. Eftersom höjdfixarna har givits mindre noggranna koordinater i

plan, men är inmätta i höjd enligt krav uppställda i HMK, så kommer bara höjden att jämföras

vid mätningar på höjdfixarna. Då en del av polygonpunkterna inte har givits några höjder, och

övriga har trigonometriskt uträknade höjder, jämförs inte höjdresultaten från mätningarna vid

polygonpunkterna. Alla inmätta punkter i studien är bruksnätspunkter i Karlstad kommun.

Resultatet kan förhoppningsvis påvisa hur olika GNSS-mottagare i olika prisklass ger olika

resultat och noggrannhet i mätningarna och vilken GNSS-mottagare som är rätt att använda vid

de förutsättningar och behov som finns hos Swescan. Rapporten kan dessutom ge idéer om

fortsatta studier inom området och inför framtida examensarbeten.

3.2.1 Mätserie 1

Då inmätningarna Swescan gör sker på varierande platser runt om i landet, med olika avstånd

från närmaste SWEPOS-station, och med varierande siktförhållanden, valdes stompunkter för

inmätning ut med följande kriterier till mätserie 1:

Varierande avstånd från SWEPOS-stationen, 3-4 km, 6-7 km, samt som längst 17-20 km

(de senare med 5-8 km till SWEPOS-station klass B).

Varierande siktförhållanden. Fri sikt eller delvis av träd eller byggnader skymd sikt.

Minst en polygonpunkt eller höjdfix i varje områdesgrupp.

Områden med stompunkter i stadsdelarna Kronoparken, Våxnäs, Skåre, Råtorp, samt orten

Vålberg begärdes ut från Karlstads kommun. Punktbeskrivningar och en koordinatlista över ett

tjugotal stompunkter (polygonpunkter och höjdfixar) tillhandahölls av Per Eriksson vid Karlstad

kommun. Koordinatlistan ger punkternas läge i SWEREF 99 13 30 och höjd i RH2000. Efter

rekognosering valdes mätpunkter ut enligt uppställda kriterier.

7

3.2.2 Mätserie 2

Inför mätserie 2 utfördes urvalet av stompunkter för inmätning något annorlunda. Ett mindre

antal stompunkter i Kronoparken och Våxnäs valdes ut för att få färre transportsträckor, och

flera återbesök på varje plats. Stompunkter på delvis skymda och relativt öppna platser valdes ut

från samma koordinatlista som i mätserie 1.

3.3 Valda mätpunkter

3.3.1 Mätserie 1

Totalt nio stompunkter valdes ut till mätpunkter i mätserie 1. Stompunkterna är fem

polygonpunkter och fyra höjdfixar grupperade på avstånden 3-4, 6, 7, och 17-20 km från

närmaste fysiska SWEPOS-station (klass A), belägen vid Djupdalens avfallsstation, ca 7 kilometer

norr om Karlstads centrum. Då höjdfixarna inte alltid har exakta koordinater i plan, och

polygonpunkterna bara är inmätt trigonometriskt i höjd, kommer bara inmätt höjddata användas

vid jämförelse mot höjdfixarna, och inmätta koordinater i plan för polygonpunkterna. För

punktbeskrivningar, se Bilaga 1.

3.3.2 Mätserie 2

Totalt fyra stompunkter valdes ut till mätpunkter i mätserie 2. Två stompunkter (en höjdfix och

en polygonpunkt) markerade i berg valdes ut i Kronoparken. Två stompunkter (en höjdfix och en

polygonpunkt) markerade i större betongfundament valdes ut i Våxnäs. Då höjdfixarna inte alltid

har exakta koordinater att tillgå i plan, och polygonpunkterna bara är inmätt trigonometriskt i

höjd, kommer bara inmätt höjddata användas vid jämförelse mot höjdfixarna, och inmätta

koordinater i plan för polygonpunkterna. För punktbeskrivningar, se Bilaga 1.

3.4 Praktiskt utförande

3.4.1 Mätserie 1

Mätserie 1 är utförd under tre dagar, ett besök på varje stompunkt under varje dag. Se Tabell 1 för

besöksdagar och tider. Mätningarna är utförda med för GNSS-mottagarna medföljande mätstång

och stödben. Huvudorsak till att mätserie 1 utförts på detta sätt är att få en mätserie utförd på

samma sätt som inmätningar faktiskt sker i dagligt arbete med GNSS-mottagare. Kalibrerad

trefot med optiskt lod för tvångscentrering med stativ fanns ej att tillgå under tiden mätserie 1

utfördes. Mycket viktigt att ha i åtanke är dock att den valda metoden kan ge systematiska fel

beroende på om doslibellen är ordentligt kalibrerad eller inte, om mätstången till antennen är

ordentligt rak, eller om mätstångens spets blivit nedsliten över tid. Därför är resultaten från

mätserie 1 mer en fingervisning om möjliga skillnader mellan de olika GNSS-mottagarna för att

se om deras mätresultat är jämförbara på platser med olika siktförhållanden, och på olika avstånd

från SWEPOS fysiska basstationer.

8

Tabell 1. Besökstider och datum för Mätserie 1.

Besöksdatum 2015-05-15

2015-05-18

2015-05-19 Tidpunkt (UTC) Tidpunkt (UTC) Tidpunkt (UTC)

Punkt nr Start Stopp Start Stopp Start Stopp

Kronoparken KD*FIX*2140 12:35 12:55 15:15 15:30 08:50 09:00

KD*POL*3282 13:05 13:15 11:50 12:00 13:25 13:35

Vålberg KD*FIX*2348 15:15 15:25 14:30 14:40 07:55 08:01

KD*POL*2112 15:50 16:00 14:05 14:11 08:10 08:18

KD*FIX*1037002 16:02 16:08 14:12 14:18 08:20 08:25

Skåre - Våxnäs KD*POL*4713 14:00 14:15 12:45 12:51 11:00 11:05

KD*POL*2471 13:40 13:50 13:05 13:13 11:12 11:18

KD*POL*1071 16:35 16:45 13:25 13:30 11:30 11:35

KD*FIX*2091 14:30 14:45 13:35 13:42 11:40 11:47

Hela mätserie 1 utfördes under tider med mycket goda jonosfärsförhållanden under samtliga tre

besöksdagar, där ”Mätosäkerheten ökar obetydligt (

9

Mätserie 2 utfördes vid 3 mätomgångar under samma dag. Den första mätomgången vid tider

med goda, och de följande två vid tider med mycket goda jonosfärsförhållanden där

”Mätosäkerheten ökar obetydligt (

10

4 Resultat

4.1 Inledning

För att visualisera resultatet har figurer och tabeller skapats för att lättare kunna se vilka

mätningar som sticker ut när det gäller noggrannheten i höjd och den radiella avvikelsen.

Figurerna baseras på differensen i höjd mellan inmätningarna och kommunens höjdfixar för

höjder, samt radiell avvikelse mellan kända och inmätta värden på kommunens polygonpunkter

för koordinater i plan. Resultaten från de två mätserierna redovisas separat, se 4.2 och 4.3. För

RMS från båda mätserierna, se 4.4.

4.2 Höjd, plan och radiell avvikelse i mätserie 1

Genom undersöka mätresultaten från mätserie 1, så är det svårt att dra någon definitiv slutsats

när det gäller de olika GNSS-mottagarnas mätnoggrannhet då det inte gjorts någon kalibrering av

libeller och inte använts något stativ utan bara mätstång med stödben. Men eftersom

doslibellerna inte har någon större inverkan på höjdresultatet så är det främst höjden som kan

anses vara ett pålitligt resultat i mätserie 1. Se Figur 1 och 2 för att se differens i höjd samt Figur 3

och 4 för radiell avvikelse i plan mellan instrumenten i mätserie 1. Se Tabell 3 och 4 för differens

i plan och höjd samt radiell avvikelse och medelvärden från mätserie 1 jämfört med

stompunkternas kända koordinater. Se Bilaga 3, Figur 25 och 26 för spridning i plan vid

snabbpunkter respektive medelvärdesbildning av 25 epoker på varje inmätning.

11

Figur 1. Differens i höjd mellan mätresultatet vid snabbpunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter).

Figur 2. Differens i höjd mellan mätresultatet vid medelvärdespunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter).

-0,080

-0,060

-0,040

-0,020

0,000

0,020

0,040

0,060

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*21

40

KD

*FIX

*21

40

KD

*FIX

*21

40

KD

*FIX

*23

48

KD

*FIX

*23

48

KD

*FIX

*23

48

KD

*FIX

*10

37

00

2

KD

*FIX

*10

37

00

2

KD

*FIX

*10

37

00

2

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Snabbpunkter dH

SatLab 300

Leica Viva GS15

-0,080

-0,060

-0,040

-0,020

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*21

40

KD

*FIX

*21

40

KD

*FIX

*21

40

KD

*FIX

*23

48

KD

*FIX

*23

48

KD

*FIX

*23

48

KD

*FIX

*10

37

00

2

KD

*FIX

*10

37

00

2

KD

*FIX

*10

37

00

2

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Medelvärdespunkter dH

SatLab 300

Leica Viva GS15

12

Figur 3. Radiell avvikelse mellan de inmätta snabbpunkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter).

Figur 4. Radiell avvikelse mellan de inmätta medelvärdespunkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter).

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

KD

*PO

L*1

07

1

KD

*PO

L*1

07

1

KD

*PO

L*1

07

1

KD

*PO

L*2

11

2

KD

*PO

L*2

11

2

KD

*PO

L*2

11

2

KD

*PO

L*2

47

1

KD

*PO

L*2

47

1

KD

*PO

L*2

47

1

KD

*PO

L*3

28

2

KD

*PO

L*3

28

2

KD

*PO

L*3

28

2

KD

*PO

L*4

71

3

KD

*PO

L*4

71

3

KD

*PO

L*4

71

3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Mätserie 1 Radiell avvikelse

Snabbpunkter

SatLab 300 Leica Viva GS15

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

KD

*PO

L*1

07

1

KD

*PO

L*1

07

1

KD

*PO

L*1

07

1

KD

*PO

L*2

11

2

KD

*PO

L*2

11

2

KD

*PO

L*2

11

2

KD

*PO

L*2

47

1

KD

*PO

L*2

47

1

KD

*PO

L*2

47

1

KD

*PO

L*3

28

2

KD

*PO

L*3

28

2

KD

*PO

L*3

28

2

KD

*PO

L*4

71

3

KD

*PO

L*4

71

3

KD

*PO

L*4

71

3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3

Besök1

Besök2

Besök3


Medelvärdespunkter


13

Tabell 3. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (snabbpunkter) i mätserie 1.

Tabell 4. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (medelvärdesbildning) i mätserie 1.

Mätserie 1

SatLab 300 Diff 150515 Diff 150518 Diff 150519Snabbpunkter Besök 1 Besök 2 Besök 3

PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv

KD*POL*1071 0,001 -0,006 0,006 0,022 -0,024 0,032 0,013 -0,003 0,013

KD*FIX*2091 -0,044 -0,014 -0,052

KD*POL*2112 0,007 -0,002 0,007 -0,004 -0,007 0,008 0,010 0,017 0,020

KD*FIX*2140 0,001 -0,042 -0,005

KD*FIX*2348 -0,015 -0,017 0,001

KD*POL*2471 -0,019 0,012 0,023 -0,003 0,008 0,009 0,003 -0,004 0,005

KD*POL*3282 -0,010 -0,011 0,015 0,000 -0,002 0,002 0,000 -0,010 0,010

KD*POL*4713 0,023 -0,009 0,025 0,017 -0,016 0,024 0,019 -0,003 0,019

KD*FIX*1037002 -0,002 0,004 0,041

Medelvärde= 0,001 -0,003 -0,058 0,015 0,007 -0,008 -0,072 0,015 0,009 0,000 -0,045 0,013

Leica Viva GS15 Diff 150515 Diff 150518 Diff 150519Snabbpunkter Besök 1 Besök 2 Besök 3

PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv

KD*POL*1071 0,009 -0,010 0,013 0,010 -0,012 0,016 0,016 -0,008 0,018

KD*FIX*2091 -0,036 -0,030 -0,059

KD*POL*2112 -0,009 -0,005 0,010 -0,016 0,004 0,016 0,013 0,008 0,015

KD*FIX*2140 -0,036 0,008 0,040

KD*FIX*2348 0,018 0,024 -0,002

KD*POL*2471 -0,011 0,007 0,013 -0,009 0,021 0,023 0,016 -0,002 0,016

KD*POL*3282 0,022 -0,016 0,027 0,025 -0,019 0,031 0,011 -0,007 0,013

KD*POL*4713 0,016 -0,007 0,017 0,022 0,000 0,022 0,005 -0,016 0,017

KD*FIX*1037002 -0,014 0,052 -0,034

Medelvärde= 0,005 -0,006 -0,017 0,016 0,006 -0,001 0,013 0,022 0,012 -0,005 -0,014 0,016

Mätserie 1

SatLab 300 Diff 150515 Diff 150518 Diff 150519Medelvärdespunkter Besök 1 Besök 2 Besök 3PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv

KD*POL*1071 0,004 -0,004 0,005 0,019 -0,023 0,030 0,017 -0,005 0,018

KD*FIX*2091 -0,047 -0,019 -0,054

KD*POL*2112 0,003 -0,013 0,013 -0,009 -0,006 0,011 0,004 0,011 0,012

KD*FIX*2140 0,014 -0,021 0,007

KD*FIX*2348 -0,012 -0,013 0,013

KD*POL*2471 -0,021 0,014 0,025 0,004 0,014 0,014 -0,002 -0,003 0,004

KD*POL*3282 -0,007 -0,010 0,012 0,004 -0,008 0,009 0,000 -0,007 0,007

KD*POL*4713 0,027 -0,007 0,028 0,012 -0,011 0,017 0,025 0,002 0,025

KD*FIX*1037002 -0,003 -0,006 0,060

Medelvärde= 0,001 -0,004 -0,012 0,017 0,006 -0,007 -0,015 0,016 0,009 0,000 0,007 0,013

Leica Viva GS15 Diff 150515 Diff 150518 Diff 150519Medelvärdespunkter Besök 1 Besök 2 Besök 3PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv

KD*POL*1071 0,007 -0,010 0,012 0,012 -0,011 0,016 0,021 -0,010 0,023

KD*FIX*2091 -0,018 -0,053 -0,059

KD*POL*2112 0,011 -0,003 0,011 -0,012 -0,003 0,012 0,015 -0,001 0,015

KD*FIX*2140 0,008 -0,028 0,001

KD*FIX*2348 -0,008 -0,009 0,013

KD*POL*2471 -0,002 0,006 0,006 0,001 0,017 0,017 0,012 -0,006 0,013

KD*POL*3282 0,012 -0,018 0,022 0,020 -0,011 0,023 0,010 -0,012 0,016

KD*POL*4713 0,009 -0,008 0,012 0,015 -0,003 0,015 0,007 -0,017 0,018

KD*FIX*1037002 0,013 0,054 -0,044

Medelvärde= 0,007 -0,007 -0,001 0,013 0,007 -0,002 -0,009 0,017 0,013 -0,009 -0,022 0,017

14

4.3 Höjd, plan och radiell avvikelse i mätserie 2 I mätserie 2 har doslibell och optiskt lod på trefoten och libeller på mätstängerna kalibrerats, vilka

annars kan vara en felkälla vad gäller noggrannhet hos resultaten i plan. Se Figur 5 och 6 för att se

differens i höjd samt Figur 7 och 8 för att se radiell avvikelse i plan mellan instrumenten i

mätserie 2. Se Tabell 5 och 6 för differens i plan och höjd samt radiell avvikelse och medelvärden

från mätserie 2 jämfört med stompunkternas kända koordinater. Se Bilaga 3, Figur 27 och 28 för

spridning i plan vid snabbpunkter respektive medelvärdesbildning av 100 epoker på varje

inmätning.

15

Figur 5. Differens i höjd mellan mätresultatet från snabbpunkter från mätserie 2 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter).

Figur 6. Differens i höjd mellan mätresultatet från medelvärdespunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter).

-0,070

-0,060

-0,050

-0,040

-0,030

-0,020

-0,010

0,000

0,010

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*21

46

KD

*FIX

*21

46

KD

*FIX

*21

46

Besök 1 Besök 2 Besök 3 Besök 1 Besök 2 Besök 3

Snabbpunkter dH

SatLab 300

Leica Viva GS15

Trimble R10

-0,070

-0,060

-0,050

-0,040

-0,030

-0,020

-0,010

0,000

0,010

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*20

91

KD

*FIX

*21

46

KD

*FIX

*21

46

KD

*FIX

*21

46


Medelvärdespunkter dH

SatLab 300

Leica Viva GS15

Trimble R10

16

Figur 7. Radiell avvikelse mellan de inmätta punkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter).

Figur 8. Radiell avvikelse mellan de inmätta punkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter).

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*3282 KD*POL*3282 KD*POL*3282



Snabbpunkter

SatLab 300 Leica Viva GS15 Trimble R10

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*3282 KD*POL*3282 KD*POL*3282



Medelvärdespunkter

SatLab 300 Leica Viva GS15 Trimble R10

17

Tabell 5. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (snabbpunkter) i mätserie 2.

Mätserie 2

SatLab 300 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526Snabbpunkter Besök 1 Besök 2 Besök 3PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv

KD*POL*1071 0,026 -0,011 0,028 0,010 -0,021 0,023 0,017 -0,012 0,020

KD*FIX*2091 -0,046 -0,064 -0,034

KD*FIX*2146 0,001 -0,008 -0,005

KD*POL*3282 0,013 -0,015 0,020 0,001 -0,010 0,010 -0,001 -0,022 0,022

Medelvärde= 0,020 -0,013 -0,022 0,024 0,005 -0,015 -0,036 0,016 0,008 -0,017 -0,019 0,021

Leica Viva GS15 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526Snabbpunkter Besök 1 Besök 2 Besök 3PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv

KD*POL*1071 0,024 -0,014 0,028 0,001 -0,022 0,022 0,017 -0,008 0,019

KD*FIX*2091 -0,056 -0,003 -0,041

KD*FIX*2146 -0,007 -0,024 0,001

KD*POL*3282 0,008 -0,015 0,017 0,016 -0,006 0,017 0,007 -0,019 0,020

Medelvärde= 0,016 -0,015 -0,032 0,022 0,008 -0,014 -0,014 0,020 0,012 -0,014 -0,020 0,020

Trimble R10 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526Snabbpunkter Besök 1 Besök 2 Besök 3PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv

KD*POL*1071 0,020 -0,008 0,022 0,007 -0,016 0,017 0,014 -0,010 0,017

KD*FIX*2091 -0,054 -0,046 -0,042

KD*FIX*2146 -0,015 -0,022 -0,008

KD*POL*3282 0,018 -0,014 0,023 0,016 -0,005 0,017 0,014 -0,004 0,015

Medelvärde= 0,019 -0,011 -0,035 0,022 0,012 -0,011 -0,034 0,017 0,014 -0,007 -0,025 0,016

18

Tabell 6. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (medelvärdesbildning) i mätserie 2.

4.4 RMS i mätserie 1 och 2.

RMS är ett kvalitetsmått på mätresultat. I mätserie 1 är den största avvikelsen i RMS 3,4 mm i

höjd på snabbpunkterna, och 3,3 mm på medelvärdespunkterna. Se Figur 9 och Tabell 7 för

resultat från mätserie 1.

I Mätserie 2 visar resultatet vid jämförelse av RMS på att Trimble R10 överlag har cirka 4-5 mm

lägre RMS i öst-västlig riktning än de andra GNSS-mottagarna, och cirka 2-3 mm lägre RMS när

radiell avvikelse jämförs. Leica Viva GS15 har cirka 5 mm lägre RMS än övriga GNSS-mottagare

vad gäller höjder när snabbpunkter mäts in, detta beror dock på en avvikelse från en enda punkt i

inmätningen, varför någon större vikt här inte kan läggas på skillnaden i resultat. I övrigt är de

olika GNSS-mottagarna jämförbara vad gäller resultat i RMS på ett par (

19

Figur 9. Jämförelse i RMS av alla inmätningar i mätserie 1 (skala i meter).

Tabell 7. Samma data som i Figur 9, presenterat i tabellformat.

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

RMS N RMS E RMS H RMSRad avv

RMS N RMS E RMS H RMSRad avv


Snabbpunkter

Medelvärdespunkter


RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv

Snabbpunkter 0,013 0,011 0,027 0,017 0,015 0,011 0,034 0,019

Medelvärdespunkter 0,014 0,011 0,029 0,017 0,012 0,010 0,033 0,016

20

Figur 10. Jämförelse i RMS av alla inmätningar i mätserie 2 (skala i meter).

Tabell 8. Samma data som i Figur 10, presenterat i tabellformat.

4.5 Kommentarer till resultatet

I mätserie 1 har ingen kalibrering av doslibeller och vanliga mätstångslibeller gjorts innan

mätningarna, vilket förväntades ge större radiella avvikelser i mätresultaten än i de faktiska

resultat som erhölls. Då mätningar med mätstång och stödben gjorts vid polygonpunkter i

mätserie 1, kan resultatet från dessa mätningar i plan inte anses tillförlitliga. Det blir därför svårt

att dra några egentliga slutsatser om GNSS-mottagarnas skillnader i mätserie 1, även om de här

genererat till synes likvärdiga resultat.

I mätserie 2 har istället stativ använts vid polygonpunkterna och mätstång med stödben bara vid

höjdfixarna, för att få en säkrare faktiskt placering av GNSS-mottagarna. I mätserie 2 har även

doslibeller och optiskt lod på trefötter som använts för centrering vid mätningar i plan kalibrerats

av Trimtec i Karlstad. Därför kan man säkert säga att mätserie 2 resulterat i ett mer kvalitativt

resultat än mätserie 1.

På grund av ovan nämnda förutsättningar bör RMS ha blivit bättre i mätserie 2 än i mätserie 1,

men resultaten i Figur 9 och 10 visar att så inte är fallet. Anledningen till detta är att mätserie 1

grundar sig på fem olika polygonpunkter, varav tre stycken är rör i berg, men vid mätserie 2

användes bara två av dessa fem punkter, varav en är rör i berg. Det finns också lokala avvikelser i

stomnätet som användes, se Bilaga 3.

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

RMSN

RMSE

RMSH

RMSRadavv

RMSN

RMSE

RMSH

RMSRadavv

RMSN

RMSE

RMSH

RMSRadavv

SATLAB 300 Leica Viva GS15 Trimble R10

Snabbpunkter

Medelvärdespunkter

SATLAB 300 Leica Viva GS15 Trimble R10

RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv

Snabbpunkter 0,014 0,016 0,035 0,021 0,014 0,015 0,030 0,021 0,015 0,010 0,036 0,019

Medelvärdespunkter 0,015 0,014 0,037 0,021 0,017 0,014 0,035 0,022 0,015 0,012 0,037 0,019

21

5 Slutsats De mätningar som utförts har skett problemfritt, under goda jonosfärsförhållanden, de olika

GNSS-utrusningarna presterat likvärdiga resultat vid alla våra mätningar. SatLab-mottagaren har

under studien ofta haft lättare att erhålla fixlösning jämfört med Leicas mottagare vid svårare

siktförhållanden, kanske kan en mer omfattande studie peka på anledningen till detta. En mer

omfattande studie skulle också kunna säkerställa den enda egentliga skillnaden i resultaten; att den

radiella avvikelsen och RMS (speciellt i öst-västlig riktning) blir lägre (cirka 5 mm) med Trimble-

mottagaren än med SatLab- och Leica-mottagarna, och att i övrigt är skillnaden i RMS liten (ofta

2-3 mm, men aldrig mer än 6 mm) i resultaten från mätserie 2.

Det är svårt att avgöra vilket instrument som mäter mest noggrant, då resultaten på många sätt är

likvärdiga, och de avvikelser som finns inte kan påvisas bero på GNSS-mottagarna. De olika

GNSS-utrustningarna kan vara olika bra för olika tillämpningar, men här har enbart mätning med

NRTK undersökts. Resultaten av mätningarna visar att SatLab 300 presterar likvärdigt (vid

NRTK-mätningar på ett avstånd mellan 3-8 km från en SWEPOS-station klass A samt 17-20 km

från en SWEPOS-station klass A och 5-8 km klass B), med Leica Viva GS15 och Trimble R10.

Att systematiskt pröva dessa vid situationer där dåliga förutsättningar för GNSS-mätningar råder

har visat sig vara svårt, då många faktorer såsom jonosfärsstörningar, flervägsfel, skymd sikt och

andra svårkontrollerade felkällor väger in. Att göra en liknande undersökning där till exempel

flervägsfel eller skymd sikt ges en mer kontrollerad påverkan på GNSS-utrustningarna kan vara

en idé till framtida studier, då kan eventuellt större skillnader mellan de olika GNSS-mottagarnas

mätresultat visa sig.

Något som har är mycket viktigt är att kontinuerligt kontrollera och kalibrera sin utrustning för

att undvika att mätresultat blir dåliga. Detta är en aspekt som kan ha mycket större inverkan på

ett mätresultat vid NRTK-mätning än vilket fabrikat GNSS-mottagaren har, åtminstone då övriga

förutsättningar för NRTK-mätning är goda. Då kan till exempel frågan om vilken support,

programvara, och materiel som ingår vid införskaffande av en GNSS-mottagare eller andra

faktorer än priset bli viktiga att ta hänsyn till.

Vilken GNSS-mottagare som är mest värd att införskaffa handlar om vilka tillämpningar som

prioriteras, vad man vill göra med utrustningen och vilka funktioner som behövs för användaren.

Vad gäller behovet hos Swescan, kan sägas att SatLab 300 fungerar bra vid mätning med NRTK

och snabbpunkter, under förutsättning att återbesök görs på alla inmätta punkter för att

kontrollera att inte någon blivit inmätt med en dålig fix, och att flygunderstödpunkterna som skall

mätas in placeras så att sikten hålls fri söderut. Detta kan dock också sägas gälla generellt vid

NRTK-mätning. Att göra medelvärdesbildning på en punkt från flera epoker är inte nödvändigt i

dagsläget, om det handlar om att mäta in flygunderstödspunkter, under förutsättning att

instrumenten kalibreras och underhålls regelbundet.

För att få resultat som med större noggrannhet kan särskilja de olika GNSS-mottagarnas

mätresultat vid NRTK-mätning, krävs ett större antal mätningar över tid, eller att det finns

mätpunkter att tillgå som är mer noggrant inmätta än de polygonpunkter som här använts.

Närheten till en SWEPOS-station klass A har heller inte visat sig ha någon mätbar inverkan på

resultaten, då dessa skillnader är för små för att kunna upptäckas med ovan nämnda

förutsättningar, se också bilaga 3 för avvikelser.

22

6 Referenser Allenby, P. 2014. Enkelstations-RTK eller Nätverks-RTK i naturvårdsuppdrag. Hämtad 2015-05-27,

från http://kau.diva-portal.org/smash/get/diva2:752467/FULLTEXT02.pdf

Harrie, L. (red.). 2013. Geografisk informationsbehandling. 6.uppl. Lund: Studentlitteratur AB.

Lantmäteriet (u.å.). Jonosfärsmonitor. Hämtad 2015-05-15, 2015-05-18, 2015-05-19 och 2015-05-26,

från https://swepos.lantmateriet.se/tjanster/jonomonitor/jonomonitor_fs.aspx

Leica Geosystems (u.å.). Leica Viva GNSS GS15 receiver Datasheet. Hämtad 2015-06-01, från

http://www.leica-geosystems.com/downloads123/zz/gpsgis/Viva%20GNSS/brochures-

datasheet/Leica_Viva_GNSS_GS15_receiver_DS_en.pdf

Odolinski, R. 2010. Studie av noggrannhet och tidskorrelationer vid mätning med nätverks-RTK. Hämtad

2015-06-01 från http://www.lantmateriet.se/globalassets/kartor-och-geografisk-

information/gps-och-matning/geodesi/rapporter_publikationer/rapporter/lmv-

rapport_2010_2.pdf

SatLabgps (u.å.). Technical Specifications. Hämtad 2015-06-01, från

http://www.satlabgps.com/en/products/sl300/technical-specifications.aspx

Trimble A (u.å.). TRIMBLE R10 GNSS. Hämtad 2015-06-09, från

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-653969/022543-544E-

SWE_TrimbleR10_DS_1014_LR.pdf

Trimble B. 2012. TRIMBLE HD-GNSS PROCESSING. Hämtad 2015-05-25, från

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-629483/022543-

550_Trimble%20HD-GNSS%20White%20Paper%20-%20English.pdf

http://kau.diva-portal.org/smash/get/diva2:752467/FULLTEXT02.pdfhttps://swepos.lantmateriet.se/tjanster/jonomonitor/jonomonitor_fs.aspxhttp://www.leica-geosystems.com/downloads123/zz/gpsgis/Viva%20GNSS/brochures-datasheet/Leica_Viva_GNSS_GS15_receiver_DS_en.pdfhttp://www.leica-geosystems.com/downloads123/zz/gpsgis/Viva%20GNSS/brochures-datasheet/Leica_Viva_GNSS_GS15_receiver_DS_en.pdfhttp://www.lantmateriet.se/globalassets/kartor-och-geografisk-information/gps-och-matning/geodesi/rapporter_publikationer/rapporter/lmv-rapport_2010_2.pdfhttp://www.lantmateriet.se/globalassets/kartor-och-geografisk-information/gps-och-matning/geodesi/rapporter_publikationer/rapporter/lmv-rapport_2010_2.pdfhttp://www.lantmateriet.se/globalassets/kartor-och-geografisk-information/gps-och-matning/geodesi/rapporter_publikationer/rapporter/lmv-rapport_2010_2.pdfhttp://www.satlabgps.com/en/products/sl300/technical-specifications.aspxhttp://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-653969/022543-544E-SWE_TrimbleR10_DS_1014_LR.pdfhttp://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-653969/022543-544E-SWE_TrimbleR10_DS_1014_LR.pdfhttp://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-629483/022543-550_Trimble%20HD-GNSS%20White%20Paper%20-%20English.pdfhttp://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-629483/022543-550_Trimble%20HD-GNSS%20White%20Paper%20-%20English.pdf

23

Bilaga 1

Punktbeskrivningar Se Tabell 9 och 10 för koordinater till använda stompunkter i mätserie 1 respektive mätserie 2.

Kronoparken

Höjdfix 2140 har av byggnader och enstaka uppväxta tallar delvis skymd sikt söderut, Se Figur

11.

Figur 11. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2140.

Polygonpunkt 3282 har relativt obegränsad sikt söderut, Se Figur 12.

Figur 12. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 3282.

Höjdfix 2146 har relativt god sikt söderut, men ganska jämt fördelade trädkronor som kan störa

signalen från satelliter med en elevationsvinkel från rovern upp till cirka 20°. Se Figur 23.


24

Vålberg

Höjdfix 2348 har ganska begränsad sikt söderut, som hindras av skogbeväxt berg åt sydväst, en

bro över vägen söderut, och täta uppväxta björkar mot sydöst. Se Figur 14.


Polygonpunkt 2112 har mycket bra sikt söderut, med enstaka uppväxta lövträd mot sydöst. Se

Figur 15.


Höjdfix 1037002 har ungefär samma förutsättningar som polygonpunkt 2112, då den är belägen

cirka 30 m österut, De enstaka lövträden skymmer dock något mer. Se Figur 16.


25

Skåre – Våxnäs

Polygonpunkt 4713 har ganska bra sikt söderut, skymd av ett mindre lövträd, Se Figur 17.


Polygonpunkt 2471 ligger i däcksel i en gatukorsning i ett villaområde med låg bebyggelse, som

inte antas skymma sikten nämnvärt, Se Figur 18.


Polygonpunkt 1071 har mycket bra sikt söderut över en gräsplan, Se Figur 19.


Höjdfix 2091 har mellan syd och öst helt skymd sikt av en byggnad, i övrigt enstaka lövträd på en

gräsplan, Se Figur 20.

26


27

Punktförteckningar

Tabell 9. Sammanställning av stompunkter använda i mätserie 1.

Kronoparken Avstånd till Djupdalens SWEPOS-station (klass A)

Typ av punktmarkering

SWEREF 99 13 30 N E H Km

KD*FIX*2140 6587968,831 154486,594 94,865 6 Dubb i berg

KD*POL*3282 6587582,663 154474,852 6 Rör i berg

Vålberg

SWEREF 99 13 30

KD*FIX*2348 6584621,355 131881,224 51,292 20 (5 till station klass B)

Dubb i berg

KD*POL*2112 6587544,007 134038,010 60,547 17 (8 till station klass B)

Rör i berg

KD*FIX*1037002 6587548,187 134062,718 59,992 17 (8 till station klass B)

Dubb i berg

Skåre - Våxnäs

SWEREF 99 13 30

KD*POL*4713 6590196,367 146689,454 72,977 4 Rör i berg

KD*POL*2471 6589436,959 148832,559 3 Rör i mark med däcksel

KD*POL*1071 6585650,544 148416,687 7 Rör i betongfundament

KD*FIX*2091 6585586,576 147903,205 49,261 7 Dubb i betongfundament

Tabell 10. Sammanställning av stompunkter använda i mätserie 2.

Kronoparken Avstånd till Djupdalens SWEPOS-station

SWEREF 99 13 30 N E H Km

KD*POL*3282 6587582,663 154474,852 6 Rör i berg

KD*FIX*2146 6587962,209 153883,878 97,683 5 Dubb i berg

Våxnäs

SWEREF 99 13 30

KD*POL*1071 6585650,544 148416,687 7 Rör i betongfundament

KD*FIX*2091 6585586,576 147903,205 49,261 7 Dubb i betongfundament

28

Bilaga 2

Jonosfärsförhållanden

Då den svarta kurvan finns inom de två gröna fälten längst ned i Figur 21-24, definieras

jonosfärens inverkan på mätosäkerheten som ”Mätosäkerheten ökar obetydligt (

29

Figur 23. Jonosfärsförhållanden under tredje dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015).

Figur 24. Jonosfärsförhållanden under dagen för mätserie 2. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015).

30

Bilaga 3

Spridning och avvikelser

Spridning Mätserie 1 och 2

I Figur 25 och 26 nedan redovisas spridningen på punkternas läge i plan från inmätningarna av de

olika GNSS-mottagarna och stomnätspunkterna i mätserie 1.

Figur 25. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, snabbpunkter i mätserie 1 (skala i meter).

Figur 26. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, medelvärdesbildning av 25 epoker i mätserie 2 (skala i meter).

-0,030

-0,020

-0,010

0,000

0,010

0,020

0,030

- 0 , 0 3 0 - 0 , 0 2 0 - 0 , 0 1 0 0 , 0 0 0 0 , 0 1 0 0 , 0 2 0 0 , 0 3 0 NO

RTI

NG

EASTING

SNABBPUNKTER I PLAN

SatLab SL300

Leica Viva GS15/CS15

SatLab SL300 (Medel avalla punktbesök)

Leica Viva GS15/CS15(Medel av allapunktbesök)

-0,030

-0,020

-0,010

0,000

0,010

0,020

0,030

- 0 , 0 3 0 - 0 , 0 2 0 - 0 , 0 1 0 0 , 0 0 0 0 , 0 1 0 0 , 0 2 0

NO

RTH

ING

EASTING

MEDELVÄRDESPUNKTER I PLAN

SatLab SL300




31

I Figur 27 och 28 nedan redovisas spridningen på punkternas läge i plan från inmätningarna av de

olika GNSS-mottagarna och stomnätspunkterna i mätserie 2.

Figur 27. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, snabbpunkter i mätserie 1 (skala i meter).

Figur 28. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, medelvärdesbildning av 100 epoker i mätserie 2. Skala i meter.

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

- 0 , 0 2 5 - 0 , 0 2 0 - 0 , 0 1 5 - 0 , 0 1 0 - 0 , 0 0 5 0 , 0 0 0

NO

RTH

ING

EASTING

SNABBPUNKTER I PLAN

SatLab SL300


Trimble R10



-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

- 0 , 0 2 5 - 0 , 0 2 0 - 0 , 0 1 5 - 0 , 0 1 0 - 0 , 0 0 5 0 , 0 0 0

NO

RTH

ING

EASTING

MEDELVÄRDESPUNKTER I PLAN

SatLab SL300


Trimble R10/TSC3


Leica Viva GS15/CS15(Medel av alla punktbesök)

Trimble R10/TSC3 (Medelav alla punktbesök)

32

Förklaring till avvikelser

Anledningen till att figurerna 27 och 28 visar nästan samtliga polygonpunktsinmätningarna med

en avvikelse i N-led med positiva tecken, och i E-led med negativa tecken, beror delvis på att

koordinaterna som tillhandahållits (inmätta mellan 1980 och 1995 i RT R05 5gon V 0:-15 av

Karlstads kommun) vid senare tillfälle transformerats av Karlstads kommun till SWEREF 99 13

30.

Tjäle och andra markrörelser har också påverkat polygonpunkternas faktiska position under upp

till 35 års tid, och Per Eriksson vid Lantmäteriavdelningen på Karlstads kommun bekräftar att

transformationen samt markrörelserna i olika grad givit upphov till kända avvikelser i

kommunens stomnät, vilka helt kan förklara avvikelserna i våra resultat.

Även figurerna 25 och 26 (mätserie 1) visar viss tyngdpunkt till en liknande avvikelse som

figurerna 27 och 28 (mätserie 2), eftersom en övervägande del av polygonpunkterna från de båda

mätserierna finns i samma områden i Karlstads kommun. Alla polygonpunkter från mätserie 2

finns också representerade i mätserie 1. Då tjälen gått ur marken helt för säsongen vid tidpunkten

för våra mätningar, är dessa avvikelser av mindre betydelse för våra resultat, då polygonpunkterna

därför inte bör ha rört sig nämnvärt (

jämförelse av olika gnss-mottagare1070263/fulltext01.pdf · 2017. 1. 31. · examinator: jan-olov...

Documents