Mogelijkheden van mobile mapping voor GRB-toepassingen Sharon Audoor

Transcriptie

1 FACULTEIT WETENSCHAPPEN Opleiding Geografie en Geomatica Master in de Geomatica en Landmeetkunde Mogelijkheden van mobile mapping voor GRB-toepassingen Sharon Audoor Aantal woorden in tekst: Promotor: Prof. dr. Ph. De Maeyer Vakgroep Geografie Academiejaar Masterproef ingediend tot het behalen van de graad van Master in de Geomatica en Landmeetkunde

2 Toelating tot bruikleen De auteur geeft de toelating dit afstudeerwerk voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van het afstudeerwerk te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit dit afstudeerwerk. Sharon Audoor 18 mei 2010 II

3 WOORD VOORAF Graag had ik hier alle personen die hebben meegeholpen aan de realisering van deze masterproef van harte bedankt. Eerst en vooral wil ik mijn promoter prof. dr. Ph. De Maeyer bedanken, alsook mijn copromotor dr. ir. Sidharta Gautama. Ook Werner Goeman en Peter Bogaert wil ik bedanken voor hun raad en daad bij de uitwerking van deze masterproef. Timothy Nuttens zou ik graag bedanken voor het ter beschikking stellen van de meetapparatuur die tijdens deze masterproef werd gebruikt. Voor het ter beschikking stellen van hun programma Mobile Mapper wil ik GeoInvent van harte bedanken. Verder wil ik een woord van dank schenken aan de vakgroep Geografie voor het mogelijk maken van deze interessante studie. Als laatste wil ik mijn ouders, zus en vrienden bedanken voor de steun en het geduld dat zij mij tijdens deze studie hebben gegeven. III

4 De mogelijkheden van mobile mapping voor GRB-toepassingen door Sharon Audoor Afstudeerwerk ingediend tot het behalen van de graad Master in de Geomatica en Landmeetkunde Academiejaar Universiteit Gent Faculteit Wetenschappen Promotor: prof. dr. Ph. De Maeyer IV

5 INHOUDSOPGAVE WOORD VOORAF... III INHOUDSOPGAVE... V LIJST VAN FIGUREN... VII LIJST VAN TABELLEN...VIII LIJST VAN GRAFIEKEN...VIII LIJST VAN AFKORTINGEN...IX 1. INLEIDING MOBILE MAPPING Algemeen Platform Opnamesensoren Sensoren voor nauwkeurige positiebepaling Fotogrammetrie GROOTSCHALIG REFERENTIE BESTAND Wettelijk en administratief kader Grootschalig Referentie Bestand Structuur GRB Structuur GRB-skeletmetingen Kwaliteitscontrole van de GRB-skeletmetingen ANALYSE VAN DE INVLOED VAN VERSCHILLENDE ELEMENTEN OP METINGEN MET BEHULP VAN MOBILE MAPPING SYSTEMEN Onderzoeksvraag Experiment in Namen Studiegebied Opmeting van grondcontrolepunten GPS-metingen Metingen met totaalstation Berekening van de coördinaten uit de Mobile Mapper Analyse van de verzamelde gegevens Analyse van de elementen die een invloed hebben op de plaatsbepaling van het mobiele platform V

6 4.3.2 Relatie van de afstand van het grondcontrolepunt tot de positie van het mobiele platform en de haalbare nauwkeurigheid Relatie tussen de richting van het grondcontrolepunt ten opzichte van het mobiele platform en de haalbare nauwkeurigheid Statistische relevantie van de verbanden Experiment in Kruishoutem Studiegebied Methode Analyse van de verzamelde gegevens Verband tussen de plaats van het grondcontrolepunt op het beeld en de haalbare nauwkeurigheid Relatie tussen de camera-geometrie en de haalbare nauwkeurigheid BESLUIT REFERENTIELIJST VI

7 LIJST VAN FIGUREN Figuur 1: Zes variabelen van een INS, X 0,Y 0,Z 0, pitch, roll en yaw... 5 Figuur 2: Principe van een mechanische accelerometer... 7 Figuur 3: Mobile mapping voertuig... 8 Figuur 4: Het concept van mobile mapping... 8 Figuur 5: Relatie tussen objecten, het platform en de wereld... 9 Figuur 6: Nauwkeurigheid van een voorwaartse insnijding Figuur 7: Relatie tussen de basislijn b, de diepte z en de parallax d Figuur 8: Traject experiment Namen Figuur 9: Grondwaarheid opgemeten met GPS en totaalstation Figuur 10: Stabiliteitsgrafieken van het referentiestation Namen Figuur 11: Grondwaarheid opgemeten met totaalstation Figuur 12: Printscreen uit het verwerkingsprogramma Mobile Mapper Figuur 13: Beeld 594 met aanduiding van de grondcontrolepunten a tot en met d Figuur 14: Beeld 22 met aanduiding van de grondcontrolepunten a, b, c, d, e, f en g Figuur 15: Beeld 628 met aanduiding van de grondcontrolepunten a tot en met e Figuur 16: Hoek tussen het mobile mapping voertuig en de grondcontrolepunten voor het beeld Figuur 17: Hoek tussen het mobile mapping voertuig en de grondcontrolepunten voor het beeld Figuur 18: Hoek tussen het mobile mapping voertuig en de grondcontrolepunten voor het beeld Figuur 19: Camera-opstelling Kruishoutem Figuur 20: Inspectieputten VII

8 LIJST VAN TABELLEN Tabel 1: Spreiding van de toetsingsgrootheden Tabel 2: Referentiestation Namen Tabel 3: Verband tussen de afstand en de haalbare nauwkeurigheid voor het beeld Tabel 4: Verband tussen de afstand en de haalbare nauwkeurigheid voor het beeld Tabel 5: Verband tussen de afstand en de haalbare nauwkeurigheid voor het beeld Tabel 6: Verband tussen de hoek en de haalbare nauwkeurigheid voor het beeld Tabel 7: Verband tussen de hoek en de haalbare nauwkeurigheid voor het beeld Tabel 8: Verband tussen de hoek en de haalbare nauwkeurigheid voor het beeld Tabel 12: Grondwaarheid Tabel 13: Verschil in nauwkeurigheid bij aanduiding in het midden van het beeld en op de rand Tabel 14: Verschil in nauwkeurigheid bij verschillende cameracombinaties LIJST VAN GRAFIEKEN Grafiek 1: Driedimensionale standaardafwijking voor alle zones Grafiek 2: Aantal satellieten bij de met GPS gemeten punten Grafiek 3: Verband tussen standaardafwijking en fout tussen grondwaarheid en de berekende coördinaten m.b.v. Mobile Mapper Grafiek 4: Verband tussen de driedimensionale standaardafwijking en de fout Grafiek 5: Verband tussen afstand en fout Grafiek 6: Normale verdeling Grafiek 7: Verband tussen hoek en fout VIII

9 LIJST VAN AFKORTINGEN AGIV: Agentschap voor Geografische Informatie Vlaanderen DMI: Distance Measuring Instrument (D)GPS: Differential Global Positioning System EUREF: European Reference Frame FLEPOS: FlEmish POsitioning Service GIS: Geografisch Informatie Systeem GNSS: Global Navigation Satellite System GRB: Grootschalig Referentie Bestand INS: Inertial navigation system LIDAR: LIght Detection And Ranging of Laser Imaging Detection And Ranging NGI: Nationaal Geografisch Instituut RADAR: Radio Detection And Ranging RTK: Real Time Kinematic Walcors: WALlonia Continuous Operating System WGS84: World Geodetic System 1984 IX

10 1. INLEIDING Het onderwerp van deze masterproef is gebaseerd op de steeds verder evoluerende techniek van mobile mapping. Mobile mapping is een relatief nieuwe techniek om ruimtelijke data te verzamelen. In hoofdstuk twee van deze masterpoef wordt er kort ingegaan op de verschillende soorten mobile mapping systemen en hun onderdelen. Ook de algemene principes waarop de discipline gebaseerd is, worden besproken. Het doel van deze studie is om na te gaan of de fouten die optreden bij kartering op basis van gegevens verzameld via mobile mapping, voldoen aan de voorwaarden die worden opgelegd door het Grootschalig Referentie Bestand (GRB). Het grootschalig referentiebestand zal dienen als uniforme achtergrond voor vele projecten. In hoofdstuk drie wordt hierop uitvoerig verder ingegaan. In dit hoofdstuk zal het wettelijke en administratief kader van het GRB worden geschetst. Er wordt ook stil gestaan bij de opbouw van het GRB. Daarnaast wordt de kwaliteitscontrole ervan uitvoerig besproken. Als het in de toekomst mogelijk wordt om via mobile mapping het GRB-bestand op te bouwen dan betekent dit een grote vooruitgang in zowel de tijd als de kostprijs die aan het bijhouden van het GRB is verbonden. Om een antwoord te kunnen bieden op de vraag of gegevens verzameld via mobile mapping bruikbaar zijn, wordt er na deze twee inleidende hoofdstukken een grondige analyse gemaakt in hoofdstuk vier. Er werden twee experimenten uitgevoerd in Namen en Kruishoutem, waarbij een grote hoeveelheid gegevens werden verzameld. De nauwkeurigheid waarmee metingen via het mobiele mapping platform werden verzameld, worden beschreven en geanalyseerd. Ook de verschillende factoren die aan de basis van deze nauwkeurigheid liggen worden onderzocht. Om de nauwkeurigheid van deze metingen te kunnen bespreken, werden de metingen vergeleken met metingen van grondcontrolepunten bekomen via traditionele opmetingsmethoden, namelijk via GPS en totaalstation. 1

11 2. MOBILE MAPPING 2.1. Algemeen Er is een grote vraag naar grootschalige ruimtelijke gegevens en de bijhorende attributen voor het genereren van nieuwe databases en de actualisering van de bestaande databanken van geografische informatiesystemen (GIS). De verwerving van dergelijke informatie wordt grotendeels gerealiseerd door fotogrammetrie of terrestrische metingen. De tijd die nodig is voor deze metingen is het grootste probleempunt. Doordat mobile mapping systemen de duurtijd van de metingen en de kostprijs sterk reduceren, heeft de techniek in belang gewonnen (Li, 1997). In België zijn er reeds een aantal bedrijven die beschikken over mobile mapping systemen. De bekendste zijn ondermeer Tele Atlas, GeoInvent, geovisat (Van Steelandt), GeoAutomation en Teccon. Een mobile mapping systeem bestaat uit drie componenten, het platform, de opnamesensoren en de sensoren voor de nauwkeurige positiebepaling. In onderstaande paragrafen worden deze componenten belicht. 2.2 Platform Een mobile mapping systeem bestaat ten eerste uit een beweegbaar platform. Dit kan zowel een vliegtuig, een wagen, een trein als een boot zijn. In de toekomst zullen ongetwijfeld nog andere platformen worden gebruikt. 2.3 Opnamesensoren Het systeem heeft steeds één of meerdere opnamesensoren. Op basis van de verschillende soorten opnamesensoren, kunnen de systemen onderverdeeld worden in verschillende types. De beeldopnametechnieken kunnen volgens Ellum (2005) zowel bestaan uit: i. Analoge of digitale camera s en scanners In dit geval wordt gebruik gemaakt van camera s waarvan de interne oriëntatie parameters (de coördinaten van het principiële punt x 0,y 0,z 0, de brandpuntsafstand, en de geometrische distorsie karakteristieken) van de lens bekend zijn. Deze parameters zijn constant gedurende een periode. 2

12 ii. RADAR systemen Een RADAR stuurt radiogolven uit via een antenne. De gereflecteerde radiostralen worden door diezelfde antenne opnieuw opgevangen. Hierbij wordt de tijd gemeten tussen het uitzenden van de puls en het ontvangen van de reflectie van deze puls om de afstand tot het object te kunnen bepalen. Uit de echo kan vaak meer dan alleen de afstand tot het object worden bepaald. iii. Laserscanners Wanneer gebruik wordt gemaakt van licht, in plaats van radiogolven spreekt men van LIDAR (LIght Detection And Ranging of Laser Imaging Detection And Ranging). Ook met dit systeem wordt de driedimensionale omgeving gescand. Van elk opgemeten punt kan dan de afstand tot de laserscanner aan de hand van het principe van een laser-afstandsmeter worden bepaald. Tijdens de meting is er ook de mogelijkheid om digitale foto s van de omgeving aan te maken. iv. Line-imaging systemen Dit systeem wordt gebruikt voor de opname van beelden van de zeebodem. Er wordt door het schip een Laser Line Scan sensor voortgesleept die een kleine, maar intense lichtstraal op de bodem doet schijnen. Op deze manier scant de laserstraal de zeebodem af en registreert de sensor de teruggekaatste energie. v. Hyper- en multispectrale scanners Deze scanners sturen golven uit van meerdere bepaalde golflengtes van het elektromagnetisch spectrum. De eigenschappen van de teruggekaatste golven worden daarna vergeleken met spectrale gegevens van bekende absorptie functies. vi. Infraroodscanners Deze scanners zijn gebaseerd op het principe van de laserscanners. Hier ligt de golflengte van de uitgezonden stralen tussen de 0,74 µm en de 1000 µm (het infrarood). De ontwikkeling van mobile mapping systemen hangt nauw samen met de ontwikkeling van nieuwe en steeds betere digitale sensor technieken (Scharz & El-Sheimy, 2005). Een mobile mapping systeem kan uit één of meerdere van deze instrumenten bestaan. 3

13 2.4 Sensoren voor nauwkeurige positiebepaling De derde component van een mobile mapping systeem, zijn de sensoren voor de nauwkeurige positiebepaling van het mobiele platform. De meest voorkomende technologieën die hiervoor gebruikt worden zijn: i. Satellietplaatsbepaling via GPS Het bepalen van de positie (in x, y en z) en de tijd door middel van een satellietplaatsbepaling is mogelijk wanneer de GPS ontvanger minstens vier GPSsatellieten kan waarnemen. Door de afstand te meten tot drie satellieten kan de mogelijke positie van de ontvanger beperkt worden tot twee punten. Om een keuze uit deze beide punten te maken, kan één gemeenschappelijke afstandscorrectie berekend worden waardoor alle meetkundige plaatsen snijden in één enkel punt. Deze correctie is de afstand overeenstemmend met de klokfout van de ontvanger en brengt de ontvangerklok in synchronisatie met de GPS-referentietijd. (De Wulf & Muls, 2007). Afhankelijk van de verschillende modes is de nauwkeurigheid die kan worden behaald 10 tot 15 m (de Jong C.D., 2001). Om een hogere nauwkeurigheid te bekomen, kan gewerkt worden met een differentiële GPS. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een tweede ontvanger waarvan de positie gekend is, een referentieontvanger. De verschillen tussen de met GPS berekende coördinaten en de gekende coördinaten kunnen worden berekend. De afwijkingen tussen beide worden dan naar de ontvanger verzonden, zodat de gegevens kunnen worden gecorrigeerd. De nauwkeurigheid wordt hierdoor sterk verhoogd en kan afhankelijk van de methode enkele centimeters tot 1m bedragen (de Jong C.D., 2001). ii. Inertieel navigatiesysteem of Inertial Navigation System (INS) Inertiële navigatie steunt op het feit dat de initiële positie (X 0,Y 0,Z 0 ) van een object gekend is samen met zijn richting en snelheid. Daarna worden de verandering in snelheid en de parameters, zoals φ(pitch),ω(roll),κ(yaw), gemeten. Het is de enige vorm van navigeren die geen beroep doet op externe verwijzingen. Het systeem heeft als nadeel dat de fouten cumulatief oplopen naarmate de tijd vordert. De oorzaak hiervan is dat een INS steeds elke verandering detecteert en optelt bij de vorige 4

14 berekende positie, zo ontstaat drift. Drift is het steeds groter wordende verschil tussen waar het systeem denkt dat het zich bevindt en de werkelijke positie. Figuur 1: Zes variabelen van een INS, X 0,Y 0,Z 0, pitch, roll en yaw Bron: naar 27 juli 2009 Een INS systeem is een complex systeem dat kan bestaan uit een IMU (Inertial Measurement System), een GPS om de initiële positie te bepalen en een computer om de berekeningen uit te voeren. De basiscomponenten van een IMU zijn gyroscopen en accelerometers. Een gyroscoop is een omwentelingslichaam met gelijkmatige massaverdeling om de as. Door de gelijkmatige massaverdeling om de as ligt het middelpunt van de gyroscoop precies op het midden van de as. Wanneer een gyroscoop eenmaal in beweging is gebracht, zal door de wet van behoud van impulsmoment de draaias in dezelfde richting blijven. Een gyroscoop meet dus de hoekversnelling. Na integratie van de hoekversnelling kan de hoek berekend worden. Een driedimensionale gyroscoop kan zowel voor de x-, y- en z-as de hoekversnelling meten en de hoek berekenen. Er bestaan verschillende types gyroscopen. De nieuwe generatie gyroscopen is niet langer gebaseerd op het principe van de tol. 5

15 Een MEMS gyroscoop (Micro Electro Mechanical Systems) werkt met een trillend voorwerp. Een voorwerp dat trilt, zal langs dezelfde as blijven bewegen. Er moet een kracht op het voorwerp worden uitgeoefend wanneer het in een andere richting moet worden gebracht: de corioliskracht. Deze kracht kan elektronisch worden gedetecteerd. Een optische gyroscoop of een ring laser gyroscoop bevat geen enkel bewegend onderdeel meer en is gebaseerd op een systeem van twee tegengesteld roterende golven die in zijn geheel een rotatie ondergaat. Hierdoor zal een faseverschuiving optreden, dit wordt het Sagnac-effect genoemd. Een accelerometer of een versnellingsmeter meet en registreert een versnelling. Deze meter maakt gebruik van het traagheidsprincipe: een voorwerp waarop de resulterende kracht nul is, zal in rust blijven als het is rust was, en zal met dezelfde snelheid blijven bewegen als het aan het bewegen was. Als er geen kracht inwerkt op het voorwerp zal de snelheid van dit voorwerp niet veranderen. Als een voorwerp stilstaat of beweegt met een constante snelheid is de netto kracht in elke richting dus gelijk aan nul. Bij een constante snelheid (dus ook bij rust), is de som van alle krachten die erop inwerken gelijk aan nul. Dit geldt in alle richtingen. Als de som van de krachten niet gelijk is aan nul, dan zal het voorwerp versnellen of vertragen. Op basis van de tweede wet van Newton - een verandering van een beweging moet evenredig zijn met de kracht die op het voorwerp uitgeoefend wordt - kan de versnelling worden berekend. F = m. a De versnelling kan worden omgezet naar de verplaatsing in x, y en z door dubbele integratie: r = a. dt² Bij mechanische accelerometers wordt er een massa opgehangen aan een veer. Wanneer er geen versnelling is, zal de massa geen verplaatsing ondervinden. Wanneer er wel een versnelling is, zal door inertie de massa achter blijven. De versnellingsmeter meet hierdoor een verplaatsing van de massa, die evenredig is met de eigenlijke versnelling. Met behulp van een potentiometer of een piëzo-elektrisch apparaat wordt deze verplaatsing omgezet naar een elektrisch signaal. Het voltage is steeds in verhouding met de verplaatsing van de massa. 6

16 Figuur 2: Principe van een mechanische accelerometer Bron: naar 1 april 2010 iii. Distance Measurement Indicator (DMI) Een mobile mapping systeem kan ook een Distance Measurement Indicator (DMI) bevatten. Dit systeem bevat een roterende as gemonteerd op het wiel van het voertuig. Hiermee worden de lineair afgelegde afstand en snelheid opgemeten ( 5 mei 2009). Meestal worden deze meetinstrumenten samen gebruikt omdat ze complementair zijn (integrated mode) (Tao, 2000). GPS kan een accurate positie, de snelheid en tijdsinformatie bepalen, maar heeft als nadeel dat de zichtbaarheid van satellieten beperkt kan zijn. Bij gebrek aan GPS-ontvangst, zorgt de INS samen met de acceleratoren en gyroscopen ervoor dat er toch nog een absolute positie kan bepaald worden. Deze manier van navigeren wordt aangeduid met de term dead reckoning. Bij metingen met GPS dient ook rekening te worden gehouden met multipath. Multipath treedt op als het signaal dat de satelliet uitzendt door de grond, een gebouw of een ander object wordt gereflecteerd alvorens het de GPS ontvanger bereikt. Deze signalen kunnen het signaal dat rechtstreeks van de satelliet naar de ontvanger wordt gestuurd verstoren (Van Sickle, 2001). De absolute positie van de camera s of scanners kan bepaald worden door de positie ervan te bepalen ten opzichte van het INS systeem. Door beide systemen te combineren kunnen hun zwaktes worden geminimaliseerd (Seong-Baek et al., 2004). 7

17 camera s differentiële GPS DMI Figuur 3: Mobile mapping voertuig Bron: naar 22 mei Fotogrammetrie Wanneer deze drie componenten: het platform, de opnamesensoren en de sensoren voor de nauwkeurige positiebepaling, samen worden gevoegd, kan het systeem in werking worden gesteld om te karteren (figuur 4). Om dit mogelijk te maken, moeten de relaties tussen de componenten onderling gekend zijn. Figuur 4: Het concept van mobile mapping Bron: naar Tao,

18 In figuur 5 wordt de relatie tussen de positie van het voertuig en het object weergegeven. De positie van het voertuig wordt veelal weergegeven in een coördinatensysteem zoals WGS84. WGS84 is een geodetisch datum die gebruikt wordt voor GPS. Om een geodetische datum vast te stellen, wordt er één welbepaalde ellipsoïde samen met een fundamenteel punt en een astronomische oriëntatie vastgelegd. Deze ellipsoïde moet lokaal zo goed als mogelijk aansluiten op het reële aardoppervlak. Hierdoor komt het centrum van deze ellipsoïde niet terecht op het massacentrum van de aarde. Metingen met GPS zijn afhankelijk van de dynamische positie van de satellieten. Deze positie is afhankelijk van het massacentrum van de aarde. WGS84 is dan ook geocentrisch (Beeckman J-P., 2004). Aangenomen dat het platvorm de coördinaten (X V,Y V,Z V ) heeft, kan verondersteld worden dat elke individuele sensor de coördinaten (x i,y i,z i ) heeft. De coördinaten van een object dat zichtbaar is vanuit twee overlappende cameraopnames kunnen berekend worden met behulp van fotogrammetrie (Li, 1997). Figuur 5: Relatie tussen objecten, het platform en de wereld Bron: naar Li, 1997 Doordat de positie van de camera s gekend is, kunnen de coördinaten van het punt exact bepaald worden. Dit gebeurt door twee homologe punten op minstens twee verschillende beelden aan te duiden. Dit komt overeen met het principe van de voorwaartse insnijding. 9

19 Figuur 6: Nauwkeurigheid van een voorwaartse insnijding Bron: naar De Wulf A, 1997 Wanneer twee punten gekend zijn, de opnamepunten (A,B ), kan een derde punt (P ), het object in het beeld, worden bepaald. Dit door de richting te meten van het te berekenen punt tot de opnamepunten. De nauwkeurigheid is afhankelijk van de lengte van de zichtlijnen en de hoek die erdoor gevormd wordt (figuur 6). Kleine intersectiehoeken θ worden beter vermeden en het is belangrijk dat de oriëntatielijnen (A P, B P ) zoveel mogelijk in lengte worden beperkt. Wanneer de beelden telkens in dezelfde richting worden gemaakt, is de optische stralengang vanuit het eerste beeld bijna volledig parallel aan deze met het volgende beeld. Het snijpunt van de zichtlijnen zal dan veel sneller een grotere fout vertonen bij een kleine verschuiving. Op deze manier zorgt één pixel verschil al snel voor een veel grotere sensitiviteit, wat op zijn beurt leidt tot een grotere fout. De camerageometrie speelt dus een belangrijke rol om een nauwkeurige opmeting te garanderen. De stereobeelden bieden ook de mogelijkheid tot het creëren van een 3D-reconstructie. Dit is mogelijk door de parallax te bepalen van de afstand van de camera's met verschillende voorwerpen (Faugeras, 1993). 10

20 De techniek berust op het principe van de stereoscopische parallax die ontstaat doordat elk punt, met twee verschillende camera s, vanuit twee verschillende hoeken wordt gefotografeerd. Uit de relatieve verplaatsing die werd vastgelegd bij het nemen van de beelden vanuit opeenvolgende posities kan de afstand van de voorwerpen op de beelden tot de cameralens worden bepaald. Figuur 7: Relatie tussen de basislijn b, de diepte z en de parallax d Bron: naar Kang et al., 1994 Als de brandpuntsafstand van beide camera s f is, de basislijn b en de parallax d het verschil tussen x 1 en x 2, dan kan de afstand van het voorwerp tot de lens als volgt worden berekend: z = f. b / d Nu zowel de positie van het voertuig als de positie van de camera s, samen met de oriëntatie van de beelden werd bepaald. En de coördinaten van de objecten in de beelden door middel van fotogrammetrie werden vastgelegd, is het mogelijk om de objecten op de beelden te karteren. Dit kan aan de hand van software pakketen zoals Mobile Mapper, ontwikkeld door GeoInvent. 11

21 3. GROOTSCHALIG REFERENTIE BESTAND Dit hoofdstuk werd grotendeels gebaseerd op de cursussen GRB en GRB-skelet: achtergrond en samenhang (Kips, ) en GRB-skeletbestekken (De Cubber, ). Ook de website van het AGIV werd uitvoerig geconsulteerd voor het schrijven van dit onderdeel. 3.1 Wettelijk en administratief kader Geografische informatie zit in volle transitie en dit sedert de jaren 90. De overgang van analoog kaartmateriaal naar digitale kaarten en digitale databanken bracht een veelheid aan verschillende initiatieven om de informatie te groeperen en klasseren. Om deze initiatieven te kunnen coördineren, sturen, begeleiden en ondersteunen, richtte de Vlaamse overheid in juni 1995 het samenwerkingsverband GIS-Vlaanderen op. De geografische informatiesystemen zijn een dure investering en het was dan ook jammer dat de meerwaarde van die systemen niet ten volle werd benut. Met het initiatief wilde de overheid die meerwaardes zoals het optimale gebruik, de uitwisseling en het beheer van informatie wel ten volle benutten. Op deze manier kan een verhoging van de efficiëntie en effectiviteit in de ruimtelijke materies worden bekomen. De uitwisseling van geografische informatie en GIS-technologie werd mogelijk gemaakt voor alle verschillende organisaties waaruit GIS-Vlaanderen is opgebouwd. Door de beoogde toegankelijkheid van de geografische informatie- infrastructuur kan - de besluitvorming beter en sneller worden onderbouwd met beschikbare beleidsinformatie, - samenwerking en afstemming worden opgezet om inconsistenties en dubbel werk te voorkomen, - de verlening van diensten aan burgers verbeterd worden. ( 3 maart 2009) Vijf jaar later werd dit initiatief vastgelegd in het decreet van 17 juli 2000: het decreet GIS- Vlaanderen. Met dit decreet wordt getracht het kostenbesparend en delend functioneren nog efficiënter te organiseren. Het kaderdecreet zorgt ook voor een betere uniformiteit door het vaststellen van referentiebestanden. Er wordt een nog betere kwaliteit gegarandeerd door de 12

22 standaarden en normen die worden aangemaakt. Het decreet is bindend voor het Vlaamse Gewest, de Vlaamse Gemeenschap, de Vlaamse agentschappen, openbare instellingen, provincies en gemeenten. GIS-Vlaanderen is toegankelijk gemaakt voor federale instellingen, instellingen van de andere gewesten, Europese instellingen en privaatrechtelijke rechtspersonen. De belangrijkste verwijzing naar GIS-Vlaanderen vindt men terug in de beleidsnota Ambtenarenzaken ingediend door Johan Sauwens, Vlaams minister van Ambtenarenzaken, Binnenlandse Aangelegenheden en Sport: Het groeiend belang van geografische informatiesystemen (GIS) in het overheidsgebeuren en de rol van GIS-Vlaanderen is een feit. Geografische informatie is voor de overheid een factor waarvan het belang voortdurend toeneemt. Verantwoorde besluitvorming inzake grondgebonden materies slaagt alleen als ze kan steunen op tijdige, volledige, actuele en correcte geografische informatie. GIS-Vlaanderen moet een antwoord bieden op de uitdaging van horizontale en verticale coördinatie tussen de drie overheidsniveaus. Bovendien moet het klaar zijn om grootschalige referentiebestanden aan te maken en structurele oplossingen op te starten die op termijn moeten leiden tot een digitaal vastgoedinformatiesysteem, een onmisbaar instrument in functie van een grotere fiscale autonomie van de regio s. De openbare besturen blijven groot belang hechten aan bruikbare grootschalige kaartdocumenten. Daarvoor is er nu het Grootschalig Referentie Bestand (GRB). Dit moet zoveel mogelijk geïntegreerd worden in bestaande beheer-, plannings- en exploitatie-activiteiten, waarin een ruimtelijke dimensie voorkomt. Diverse instanties zullen bij het actualiseringsproces van GRB betrokken worden, waardoor het op termijn een overkoepelend en vooral coördinerend kader voor grootschalige topografische data voor Vlaanderen moet worden. In een eerste fase zal daarvoor gestart worden met een aantal pilootprojecten, op basis van kostendelende samenwerking tussen overheid en privé-sector. ( 3 maart 2009) 3.2 Grootschalig Referentie Bestand Het GRB werd vastgelegd in het GRB-decreet van 16 april Dit was het resultaat van een lange zoektocht naar een oplossing op de steeds toenemende vraag naar accurate, betrouwbare en grootschalige gegevens van het grondgebied. Het decreet kwam er vooral op vraag van de nutssector. Op deze manier kan de nutssector op een overheidspartner rekenen voor de medefinanciering, beschikt ze over gratis toegang tot het GRB, kan ze de gegevens eenvoudig uitwisselen en is er inspraak in GRB-aangelegenheden. 13

23 Het GRB is geen kaartgericht initiatief, maar eerder een databank benadering van de terreinwerkelijkheid. Het is dus een geografische databank die in een normaal gebruik een schaalbereik heeft tussen 1: 250 en 1: Het doel van deze databank is om gebiedsdekkend te zijn in Vlaanderen en om de gegevens die het bevat te kunnen opdelen naargelang de verschillende gebruikers van de databank. Er wordt een basistopografie aangemaakt die naderhand kan worden uitgebreid met externe gegevensbanken. Op deze manier tracht het AGIV een standaard te bereiken die uniform is voor gans Vlaanderen Structuur GRB De geometrie van de verschillende entiteiten die worden opgenomen in de databank is uiteraard een zeer belangrijke eigenschap. De datastructuur van het GRB is opgesplitst in thema s en entiteiten. Verschillende thema s zoals meetkundige referenties en wegopdeling worden nog eens onderverdeeld in entiteiten zoals planimetrische geodetische punten of verdichtingspunten en wegopdeling. De projectkartering gebeurt per projectzone, zodanig dat er kan gewerkt worden met deelleveringen. Voor elke gemeente wordt circa een planning van zestien maanden toegestaan. Elk project is een centrale overheidsopdracht die moet worden aanbesteed. Hoe de aannemer het project volbrengt is afhankelijk van de gebruikte technieken. Tot nu toe wordt vooral gebruik gemaakt van klassieke opmetingstechnieken (totaalstation), maar ook van fotogrammetrie en dataconversie. Dit laatste maakt het mogelijk om bestaande metingen te recupereren en om het kadaster in de metingen te integreren. Elke aannemer is vrij om te beslissen welke gegevens ze vanuit fotogrammetrie of terrestrische metingen halen. Alle nodige materialen (foto s, camerakalibratie, orthofoto s, vluchtplan, ) voor de opmetingen uit fotogrammetrie worden uitgevoerd en aangeleverd door het AGIV. Het aantal entiteiten dat moet worden opgemeten door middel van terrestrische metingen is vrij beperkt en de nauwkeurigheidseisen zijn niet zo hoog. Elke inpassing is wel verplicht uit te voeren met Flepos. Flepos (Flemish Positioning Service) stelt via een netwerk van permanent opgestelde referentiestations, observatiedata ter beschikking voor nauwkeurige plaatsbepaling met het Global Navigation Satellite System (GNSS). Dit verhoogt de 14

24 nauwkeurigheid aanzienlijk. Er kan ook gebruik worden gemaakt van reeds bestaande skeletmetingen. Deze worden dan gerecupereerd en ingebracht in de databank Structuur GRB-skeletmetingen Gedurende de aanmaak van de GRB-databank is er ook in gebieden zonder GRB nood aan grootschalige data. Wanneer bijvoorbeeld in het kader van werkzaamheden de bestaande en gewijzigde toestand opgemeten wordt door een landmeter, kunnen de GRB-skeletbestekken het mogelijk maken dat deze plannen door de landmeter zodanig opgebouwd worden zodat ze zonder conversie recupereerbaar zijn in de GRB-databank. Sinds eind 2000 werkt het Ondersteunend Centrum GIS-Vlaanderen aan de technische bepalingen van dit skeletbestek. Het bestek richt zich in de eerste plaats op de GRB-compatibele gegevens die in elke opdracht voorkomen. Het grafisch bestand vormt op deze manier een skelet waarop meer thematische gegevens kunnen geënt worden (De Vidts, 2006). Alle GRB-skeletbestekken bestaan uit een typebestek voor terrestrische opmetingen die modulair werden opgebouwd in functie van een aantal toepassingen, waarbij de opdrachtgever de opdracht zelf kan samenstellen. Op deze manier wordt het GRB-skelet modulair opgebouwd in functie van het aantal toepassingen: I. GRB- kernbepalingen: De GRB-kernbepalingen zijn opgebouwd uit specificaties die achtereenvolgens handelen over de meetkundige grondslag, de objectencatalogus, de datastructuur en de metadata. ( 3 maart 2009) II. GRB- skeletaanvullingen: i. GRB-skeletaanvulling synthese: meetopdrachten met beperkte volledigheid (bv. langere tracémetingen van Eandis, Elia en bv. GBK van gemeente tot stad). Deze aanvulling wordt steeds gebruikt in gebieden waar geen GRB-kartering aan de gang is. ii. GRB-skeletaanvulling detail: zeer volledige meetopdrachten, waarbij het terreinmodel sterk uitgebreid wordt met extra gegevensspecificaties met het oog op toepassingen zoals opmetingen bestaande toestand in functie van wegontwerp, inventarissen, inspecties, Deze aanvulling wordt steeds gebruikt in gebieden waar geen GRBkartering aan de gang is. iii. GRB- skeletaanvulling GRB: meetopdrachten in gebieden waarvan de GRB-kartering reeds aan de gang is, maar het GRB-productartikel nog niet beschikbaar is. De inhoud 15

25 van de meetopdracht bestaat minimaal uit de kernbepalingen aangevuld met de overige GRB-referentielayers. iv. Aanvullende kernbepalingen: GRB-bijhoudingsmeetopdrachten in gebieden met beschikbare GRB-gegevens. Deze aanvullende specificaties handelen over de grafische integratie en de extra codering die vereist is voor de verwerking achteraf in de GRB-databank. III. GRB - skeletopties i. GRB- skeletoptie water- en rioolbeheer: in deze optie komen diverse oeververhardingen en ondergronds waarneembare rioolsystemen aan bod. ii. GRB- skeletoptie groen- en begraafplaatsenbeheer: vult de kartering aan van het patrimonium met de nadruk op groenvoorzieningen en begraafplaatsspecifieke elementen. iii. GRB- skeletoptie virtuele grenzen met betrekking tot privaatrechterlijke grenzen: hierin wordt beschreven hoe de kartering van fysische terreinobjecten moet worden aangevuld met virtuele grenzen, vaak juridisch van aard. iv. GRB- skeletoptie wegbeheer: hoe detailelementen van de openbare weg moeten worden voorgesteld wordt hierin verder besproken. 3.3 Kwaliteitscontrole van de GRB-skeletmetingen De kwaliteitscontrole op de afgeleverde data gebeurt steeds door het AGIV zelf. Dit gebeurt via een systeem van steekproeven. De nauwkeurigheidscriteria werden vastgelegd volgens een aantal klassen die de standaardafwijking van de idealisatie per klasse weergeeft. In totaal zijn er vijf klassen. Klasse A heeft de hoogste idealisatie nauwkeurigheid (0,7 cm), klasse E de laagste (20 cm). Klasse A bevat elementen zoals punten van het planimetrisch en altimetrisch geodetisch net. Klasse B heeft idealiter een standaardafwijking van minder dan 2 cm en bevat elementen zoals een fundament van een gebouw of een zichtbaar luik of deksel. Bij klasse C zakt de te behalen nauwkeurigheid tot 4 cm. Elementen uit klasse C zijn bvb. cultuurhistorische monumenten of grenspalen. De voorlaatste klasse, klasse D, heeft een idealistische nauwkeurigheid van 10 cm en bevat elementen zoals lichtpunten en weideafsluitingen. Tot klasse E behoren elementen zoals een haag of de as van een gracht. ( 3 maart 2009) 16

26 De controle verloopt als volgt: eerst wordt er een willekeurig na te meten item gekozen. Het controleteam zal op basis van dit item een opstel- en richtpunt kiezen dat met Real Time Kinematic GPS kan worden opgemeten in Lambert BD 72/50. Vanuit het gekozen opstelpunt moeten er minimum negen random punten in te meten zijn. Ten tweede wordt het geleverde puntenveld met de controleset vergeleken. Zowel op de x- als y-coördinaten worden waarnemingstoetsen uitgevoerd. Voor deze toetsen wordt een onbetrouwbaarheidsdrempel vooropgesteld van α 0 = 0,05. Het onderscheidingsvermogen bedraagt γ 0 = 0,8. Bij de controle worden de plaatsverschillen per punt berekend: Vx = Xr Xi Vy = Vr Yi, Met Xi en Yi de coördinaten uit het bestand van de aannemer en Xr en Yr de coördinaten zoals nagemeten door het AGIV. De toetsingsgrootheden zijn de volgende: Voor de x-coördinaten: K αx = V x / σ v Voor de y-coördinaten: K αy = V x / σ v 0,5 Met σ v = ( σ² pi + σ² pi + 2σ² i) σ i : idealisatie nauwkeurigheid (m) σ pi : de gevraagde nauwkeurigheid in x en y van 0,03 m σ pi : de nauwkeurigheid van de controlemeting en bedraagt in x en y 0,03 m De spreiding van de toetsingsgrootheden van de controlepunten uit alle opstellingen moeten minimaal voldoen aan het criterium uit de linkerkolom binnen tabel 1. Dit is een verdeling met een lichte afzwakking ten opzichte van de theoretische normaal verdeling. Tabel 1: Spreiding van de toetsingsgrootheden Toetsing van de spreiding Theoretische verdeling 60% < 1 68% < 1 70% < % < 1,2 80% < % < 1,5 90% < 2 95% < 2 95% < 3 99,7% < 3 100% < 4 100% < 4 Bron: naar AGIV,

27 Ingevuld met de gegevens voor de GRB-kernbepalingen betekent dit dat 10% van de plaatsverschillen Vx en Vy niet meer mogen afwijken dan 13,1 cm voor klasse A, 15,3 cm voor klasse B en 21,2 cm voor klasse C ( 5 mei 2009). Naast de nauwkeurigheidscriteria zijn ook een aantal criteria van volledigheid waaraan moet worden voldaan. Er wordt ook een foutencijfer berekend. Dit cijfer geeft het aantal fouten in de attributen of categorie weer. Ook de digitale consistentie van het afgeleverde project wordt nagegaan, bvb. op under- en overshoots. De aanmaakspecificaties voor de databank zijn behoorlijk strikt om de uniformiteit en de kwaliteitscontrole mogelijk te maken. De modellering van de terreinwerkelijkheid moet gebeuren volgens een datamodel (het conceptueel model v5.0). Er wordt ook strikt omschreven welke entiteiten in welke thema s moeten worden opgemeten. Voor elke entiteit is via de technische specificaties een beschrijvende fiche beschikbaar met onder andere de definitie, de selectiecriteria, voorwaarden, kwaliteitsaspecten en attributen. Ook de wijze waarop gemodelleerd moet worden, staat nauwkeurig omschreven. De grafische consistentie van de bestanden wordt gerealiseerd via grafische interactieregels: i. bepaalde entiteiten kunnen wel in of op andere entiteiten liggen. ii. bepaalde entiteiten moeten op of in andere entiteiten liggen. iii. bepaalde entiteiten kunnen niet op of in andere entiteiten liggen. ( 5 mei 2009) Alle kwaliteitscontroles die worden uitgevoerd door het AGIV staan uitvoerig beschreven en zijn terug te vinden op de website van het AGIV. Zowel voor de GRB-skeletbestekken als voor de controle van gegevens volgens de GRB-kernbepalingen zijn specifieke eisen voor de data voorzien. Om het mogelijk te maken dat externen hun eigen data controleren op fouten werd de GRB-light procedure ontwikkeld. Deze procedure bevat minder specifieke tools en tabellen die niet in de conceptteksten werden opgenomen om de uitvoering van de controle mogelijk te maken. Een omvangrijke skeletopdracht kan in meerdere leveringen worden opgesplitst van zodra de duur van de aanmaak meer dan vier werkweken bedraagt, elke deellevering is dan een volledig afgewerkt deelgebied van de totale opdracht. De controleproeven worden slechts 18

28 uitgevoerd nadat de ontvankelijkheid van de deelleveringen werd aangetoond. Dit betekent dat een deellevering moet voldoen aan de vooropgestelde bestandsstructuur. Van zodra vijf deelleveringen hier niet aan voldoen wordt de kwaliteitsbeoordeling niet verder uitgevoerd. Via de proeven wordt niet nagegaan of de afgeleverde data strookt met de werkelijkheid, maar met het exemplaar dat er volgens de GRB specificaties had moeten zijn. Omdat het afgeleverde product uit een groot aantal verschillende entiteiten bestaat die onmogelijk allemaal aan dezelfde criteria kunnen voldoen worden deze opgesplitst in homogene groepen waarop steekproeven kunnen worden uitgevoerd. De steekproeven zijn gebaseerd op de internationale normen ISO 2859: Sampling Procedures for Inspection by Attribute, Part 1, Sampling Plans indexed by Acceptable Quality Level for Lot by Lot Inspection, ISO : 1989 (E) en IS0 8422, Sequential Sampling Plans for Inspection by Attributes, ISO 8422 : 1991 (E). Via deze normen kan een Acceptable Quality Level (AQL) voor elk kwaliteitstype worden vastgesteld. Deze waarde is een indicator voor de minimale kwaliteit die het gemiddelde proces moet aanleveren. Hoe lager deze waarde hoe beter de score. Er wordt enkel gewerkt met de enkelvoudige steekproefname uit deze ISO norm ( 8 mei 2009). Met behulp van de IS norm wordt gecontroleerd vanaf wanneer men een statistische uitspraak kan doen over de geleverde data. Vanaf het ogenblik dat deze uitspraak mogelijk wordt, zullen de gegevens niet aan verdere kwaliteitsproeven worden onderworpen. Naast de kwaliteitscontroles gebaseerd op de bovenstaand beschreven ISO normen kan ook een 100% controle worden uitgevoerd. Hier wordt gewerkt met een goedkeuringscriterium in plaats van met een AQL-waarde. Hiermee wordt het percentage fouten dat getolereerd wordt voor het volledige kwaliteitslot bedoeld. 19

29 4. ANALYSE VAN DE INVLOED VAN VERSCHILLENDE ELEMENTEN OP METINGEN MET BEHULP VAN MOBILE MAPPING SYSTEMEN 4.1 Onderzoeksvraag Het doel van dit onderzoek is nagaan of gegevens die verzameld werden via een mobile mapping voertuig voldoen aan de vereisten om een GRB-bestand op te bouwen. 4.2 Experiment in Namen Studiegebied In het centrum van Namen werd door de firma GeoInvent aan de hand van een continue videografie met georeferentie een poging ondernomen om de weggegevens van het Waalse Ministerie van Uitrusting en Vervoer aan te vullen. Figuur 8: Traject experiment Namen Bron: eigen verwerking 20

30 Het traject van ongeveer 6 km werd twee maal afgelegd en leverde telkens twee beeldreeksen op. Één voor de camera die frontaal naar voor is gericht en één voor de camera die naar rechts kijkt. Ongeveer om de 3 meter werd een opname gemaakt. Deze beeldreeksen leverden telkens meer dan 1800 beelden op. Het volledige traject werd onderverdeeld in vier zones (figuur 8). De eerste zone werd opgenomen in de Boulevard du Nord en loopt vanaf beeld 1 tot en met beeld 270. In deze zone is er steeds een goede GPS-ontvangst door de open ruimte. Zone twee loopt van beeld 271 tot en met beeld 550. Deze zone beslaat de Rue du Pont de Louvain, Place Léopold, Rue Galliot, Rue Rogier, Rue du 1er Lanciers en een deel van de Rue du Lombard. De derde zone wordt afgebakend door beeld 551 als beginpunt en beeld 1150 als eindpunt. In deze zone is GPS-ontvangst het moeilijkst door de dichte bebouwing van de stadskern. De vierde en laatste zone is de langste zone. Deze zone omvat de Boulevard Cauchy, een deel van Place Léopold, Rue du Pont de Louvain en Boulevard du Nord. In dit deel van het traject dat loopt van beeld 1151 tot het laatste beeld 1832 is plaatsbepaling door middel van GPS bijna steeds mogelijk Opmeting van grondcontrolepunten Met behulp van de opnames die door het mobile mapping voertuig werden gemaakt, werd een set van grondcontrolepunten opgesteld. Deze punten moeten zichtbaar zijn op twee opeenvolgende beelden uit de reeks om plaatsbepaling mogelijk te maken (zie paragraaf 2.5). De punten moeten ook de mogelijkheid bieden om deze op het terrein op te meten, ofwel met behulp van een totaalstation, ofwel door middel van GPS. Op de beelden werden uiteindelijk 398 punten aangeduid. Deze punten variëren van rooster tot gevel en van verkeersbord tot wegmarkering. Tijdens het aanduiden van de grondcontrolepunten werd geen rekening gehouden met de indeling van entiteiten volgens het GRB. Na het inmeten op terrein bleven van deze 398 punten nog 179 punten over. Veel punten konden via GPS niet worden ingemeten door een slechte GPS-ontvangst en werden door middel van een totaalstation opgemeten. Niet alle punten die niet via GPS konden worden 21

31 opgemeten zijn ingemeten met het totaalstation omdat dit werk te omslachtig zou zijn. Er werden 131 punten opgemeten met GPS en 48 punten via het totaalstation (figuur 9). Figuur 9: Grondwaarheid opgemeten met GPS en totaalstation Bron: eigen verwerking GPS-metingen De GPS-metingen werden verricht met het Trimble R8 GNSS System. Dit toestel combineert de antenne, radio en een multi-kanaals, multi-frequentie GNSS (Global Navigation Satellite System) ontvanger ( 4 januari 2009). Na het inbellen op Walcors, het gratis Real Time Kinematic (RTK) netwerk in Wallonie, is er een GSM-verbinding op de server. Voor elke satelliet die door de GPS ontvanger wordt waargenomen, worden in de referentiestations correcties berekend door de gemeten afstand te vergelijken met de modellering en de eigen gekende coördinaten. Door de radiolink via de 22

32 GSM-verbinding kan dit in real time, onmiddellijk gebeuren (De Wulf & Muls, 2007). Het dichtst bijzijnde referentiestation is in dit geval het station NAMR. Dit station is een punt uit het BEREF-netwerk dat door het NGI in het kader van een EUREF-campagne met GPS werd ingemeten en globaal vereffend werd ( 5 mei 2009). Tabel 2: Referentiestation Namen Nom:NAMR Coordonnées ETRS89 : N ID: 1015 X : m Y : m Z : m Lat : 50 28' " Long : 4 51' " He : m Bron: naar 5 mei 2009 Figuur 10: Stabiliteitsgrafieken van het referentiestation Namen Bron: naar ( 5 mei 2009) 23

33 Omdat het resultaat van iedere RTK meting afhankelijk is van het referentiestation werd ook de stabiliteit van het station achteraf nagekeken. In figuur 10 worden de verschillen tussen de coördinaten van het referentiestation op het moment van de metingen met hun initiële coördinaten vergeleken. De positienauwkeurigheid die haalbaar wordt door toepassing van de RTK-techniek bedraagt 1 cm tot 2 cm (De Wulf & Muls, 2007) Metingen met totaalstation Er werd gekozen voor een vrije opstelling van waaruit telkens minstens twee tot drie punten die reeds met de GPS werden ingemeten zichtbaar zijn. Deze punten deden dienst als reeds gekende punten. Dit zijn geen gematerialiseerde punten, maar goed gedefinieerde punten op de grond. Op deze manier konden de coördinaten van het opstelpunt berekend worden en werden verdere punten ingemeten (figuur 11). Figuur 11: Grondwaarheid opgemeten met totaalstation Bron: eigen verwerking 24

34 4.2.3 Berekening van de coördinaten uit de Mobile Mapper Door verwerking via het programma Mobile Mapper (figuur 12) was het mogelijk om van 179 punten de coördinaten te bepalen op de beelden. Door het aanduiden van de reeds opgemeten punten op twee opeenvolgende beelden kan het programma de coördinaten van het punt berekenen. Deze coördinaten kunnen dan vergeleken worden met de ingemeten coördinaten (grondwaarheid). Figuur 12: Printscreen uit het verwerkingsprogramma Mobile Mapper Bron: eigen verwerking 25

35 4.3 Analyse van de verzamelde gegevens Analyse van de elementen die een invloed hebben op de plaatsbepaling van het mobiele platform Omdat zowel zone 1 als zone 4 een tunnel bevatten, worden deze zones eerst besproken en met elkaar vergeleken. Wanneer het mobile mapping voertuig door deze tunnels rijdt is er uiteraard geen ontvangst van satellieten mogelijk. Op deze momenten neemt het INS systeem het van de GPS over. In zone 1 is de periode waarin er geen satellieten kunnen worden ontvangen ongeveer 288 meter, terwijl dit in zone 4 slechts ongeveer 33 meter is. Dit betekent ook dat de fout die in zone 1 op de data zit veel groter zal zijn dan deze op de data in zone 4. Dit omwille van de steeds groter wordende drift (zie paragraaf 2.4). In zone 1 wordt de tunnel gefotografeerd op beelden 81 tot en met 172. Het aantal satellieten blijft echter tot op beeld 93 gelijk aan vijf. Vanaf beeld 94 tot beeld 189 kan het mobile mapping systeem geen GPS-satellieten meer ontvangen. Vanaf beeld 190 zijn opnieuw vier satellieten zichtbaar waardoor plaatsbepaling opnieuw mogelijk wordt. Als men aanneemt dat men vanaf beeld 172, wanneer men uit de tunnel rijdt ook de vier satellieten zou kunnen ontvangen dan kan worden berekend dat het 51 meter heeft geduurd voor het mobile mapping voertuig de signalen kon ontvangen. Het tijdsverschil tussen beeld 172 en beeld 190 bedraagt bijna 4 seconden. In zone 4 bevindt de tunnel zich op de beelden 1636 tot en met Op het eerste beeld zijn echter nog zeven satellieten zichtbaar, vier beelden later zijn dat er nog drie. Pas op beeld 1644, wanneer het voertuig zich eigenlijk al niet meer in de tunnel bevindt vallen alle satellieten weg. Het is niet eenduidig te achterhalen wat hiervan de oorzaak is, maar dit kan ondermeer het gevolg zijn van multipath of de initialisatietijd van het systeem (zie paragraaf 2.4). Op plaatsen waar wel satellieten zichtbaar zijn, maar het aantal niet groot genoeg is om een plaatsbepaling mogelijk te maken, komt dit veelal door de smalle straten met hoge gebouwen. Hierdoor is de horizon heel klein en treedt er een gedeeltelijke afscherming van het signaal op. Dit fenomeen wordt verder in de tekst aangeduid met de term urban canyons. In zone 1 bevinden zich geen zulke zones. 26

36 In de tweede zone bevinden zich enkele mooie voorbeelden van urban canyons. In de Rue Galliot neemt het aantal satellieten zichtbaar af naarmate men verder verwijderd is van het open rondpunt place Léopold. In het midden van de straat is het maximale aantal satellieten twee. Wanneer het voertuig op het kruispunt van de Rue Galliot met de Rue Rogier komt, is er opnieuw wat meer horizon zichtbaar en kunnen er vier satellieten worden ontvangen. Even verder zijn de gebouwen niet meer zo hoog en zijn de straten ook wat breder. Hierdoor is opnieuw een betere ontvangst mogelijk. Op het einde van zone 2 en het begin van zone 3, in de Rue du Lombard, kan het mobile mapping voertuig ook slechts drie satellieten ontvangen. Daar waar de straat een lichte bocht maakt en dus ook opnieuw wat breder wordt zijn vier satellieten zichtbaar. Na de bocht wordt de GPS-ontvangst opnieuw beperkt tot drie satellieten. Op het einde van de straat worden nog minder GPS-signalen ontvangen. Dit komt opnieuw door de dichte, hoge bebouwing. In de Rue de Gravière is de bebouwing iets minder dicht en hoog. Dit zou ervoor moeten zorgen dat er meer satellieten zichtbaar zijn. Dit is enkel het geval voor de beelden 1024 tot 1041 en niet voor de beelden 606 tot 611. Langs de ene kant van de straat is er dus een goede ontvangst die plaatsbepaling mogelijk maakt. Wanneer het voertuig in westelijke richting rijdt is er geen goede ontvangst. Tussen beide beeldreeksen is er slechts een tijdsverschil van 5 minuten en 12 seconden. Dit doet vermoeden dat dit alvast niet aan de satellietconstellatie ligt. In de Rue des Echasseurs is er zeer slechte GPS-ontvangst. Er zijn telkens slechts twee tot drie satellieten zichtbaar. Het is een klein pleintje dat rondom volledig is dichtgebouwd. Ook aan de oostelijke zijde van het pleintje is er geen goede GPS-ontvangst. Langs de straat Smet de Nayer is er een goede GPS-ontvangst, dit vooral doordat door de Maas er veel vrije ruimte is en een grote horizon. Ongeveer halverwege de Boulevard Cauchy is er een zone van 85 meter (zie frame 1 in grafiek 1) waar er geen vier satellieten worden ontvangen. In dit gebied kan men niet spreken van een canyon en er is ook een grote vrije ruimte en horizon. Een mogelijke verklaring hiervoor kan multipath zijn. Het satellietsignaal werd dan eerst gereflecteerd door het water en bereikt pas later de ontvanger. 27