Nauwkeurigheid van hoogtebepaling met GNSS Pierre Voet
Nauwkeurigheid van hoogtebepaling met GNSS Pierre Voet
Inhoud Optimale situatie Foutenbronnen Resultaten van testen Dagdagelijkse realiteit Toestand van het waterpassingsnet Conclusies
De (bijna) ideale wereld Permanent waarnemingsstation 24/24 7/7 GNSS waarnemingen Gebruik van de meest gesofisticeerde hardware 5 mm Verwerking met de meest performante software Nauwkeurige baanparameters Allerlei correctiemodellen Correcties fasecentrum antenne Resultaten: de ruis op de hoogtecomponent is groter dan noord of oost 10 mm
Variatie van het fasecentrum van de antenne Positie van fasecentrum voor L1 en L2 t.o.v. ARP wordt door de constructeur opgegeven Kleine variaties i.f.v. elevatie en azimut van de satellieten Bij referentiestations moet dit in rekening worden gebracht Correctietabellen per type antenne of individueel Individuele kalibraties zijn duur, site-gebonden en niet 100% betrouwbaar Invloed van een beschermkap Correcte instelling type antenne vermijdt systematische fouten
Vervanging van de hardware
Maatregelen bij vervanging van hardware (1) Testsite op het NGI met 3 punten waarvan delta x,y, h nauwkeurig werd gemeten via klassieke meetmethodes
Maatregelen bij vervanging van hardware (2) Lokaal netwerk van meetnagels in de buurt van een referentiestation Wordt herhaaldelijk gemeten met totaal station Nuttig om eventuele problemen op te vangen: Bij het plaatsen van een nieuwe antenne Indien het gebouw niet stabiel is Is helaas niet overal uitvoerbaar
Opvolging coördinaten referentiestations De coördinaten van alle RTK-referentiestations worden wekelijks herberekend (zie http://www.ngi.be/agn/nl/nl0.shtm) en indien nodig aangepast 0,08 0,07 0,06 Hoogtecomponent Maasmechelen Periode juli 2004 oktober 2014 Regelmatig werd h coördinaat aangepast 0,05 0,04 0,03 0,02 Gemiddeld 8 mm/jaar 0,01 0 1275 1325 1375 1425 1475 1525 1575 1625 1675 1725 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 1250-0,005 1350 1450 1550 1650 1750-0,01
Multipath Verstorende indirecte satellietsignalen Kan veroorzaakt worden door: Gebouwen Bomen Wateroppervlak Grote metalen oppervlakken Grond Is dus zeer plaatsgebonden Directe signalen Weerkaatste signalen Gevolg: De ontvanger krijgt valse informatie over de afstand tot de satellieten, wat leidt tot een foutieve positiebepaling Remedies: Gebruik van geodetische antennes Filtertechnieken in de ontvanger Langdurige statische waarnemingen
Invloed van multipath Test uitgevoerd door Geo++ 48 uren waarnemingen 2 e ontvanger op het dak
Invloed van multipath Variatie van double difference op 1 satelliet gedurende 2 dagen 4 cm
Invloed van multipath 3 cm Waarnemingen gegroepeerd per minuut = GPS/RTK Waarnemingen gegroepeerd per 10 minuten Waarnemingen gegroepeerd per 30 minuten Effect van multipath wordt beter weggewerkt door statische metingen
Invloed van multipath Nieuwe getijmeter Oude getijmeter
Invloed van multipath Statische GNSS waarnemingen in Oostende nabij de getijmeters Op beide sites twee reeksen metingen, 1 week met geodetische antenne, 1 week met gewone antenne h (m) h (m) Delta h (mm) Oude getijmeter 48.712 48.689 23 Nieuwe getijmeter 49.091 49.089 2 Multipath Far-field: wordt weggewerkt door langdurige statische metingen Near-field: wordt NIET weggewerkt door langdurige statische metingen Extra testen moeten bevestigen dat de meetpijler near-field multipath veroorzaakt
Invloed van near-field multipath h = 50.297 m Bijkomend onderzoek is noodzakelijk 4.5 cm!! h = 50.342 m h = 50.321 m
Vergelijking hoogtebepaling via statische metingen en RTK Op 500 punten verspreid in België werden uitgevoerd: Statische metingen: 2 x 40 min., op verschillende dagen, met andere satellietconfiguratie RTK-metingen: gemiddelde van 10 sec., 1 oplossing met VRS, 1 oplossing met FKP
1 17 33 49 65 81 97 113 129 145 161 177 193 209 225 241 257 273 289 305 321 337 353 369 385 401 417 433 449 465 481 1 14 27 40 53 66 79 92 105 118 131 144 157 170 183 196 209 222 235 248 261 274 287 300 313 326 339 352 365 378 391 404 Vergelijking hoogtebepaling via statische metingen en RTK h RTK(VRS) h statisch h RTK(FKP) h statisch Gemiddeld (m) Standaard afwijking (m) Gemiddeld (m) Standaard afwijking (m) -0.007 0.014-0.007 0.022 0,15 0,1 0,060 0,040 0,05 0,020 0,000 0-0,020-0,040-0,05-0,060-0,080-0,1-0,15 Grootste verschillen (m) Grootste Verschillen (m) -0.073 0.048-0.117 0.091
Test h met RTK Ontvanger (Leica SR530) gedurende vier dagen opgesteld op onze testsite in het NGI RTK-metingen automatiseerd gestuurd Om de 8 min. inbellen naar GPSBru, na initialisatie, meting van 10 sec. en registratie resultaat Geen ideale, maar realistische locatie Totaal 900 metingen met kwaliteitsindicator < 3 cm Doel: nagaan herhaalbaarheid H via RTK
Test h met RTK 73.7 73.65 73.6 09/05 10/05 11/05 12/05 UITSCHIETERS 73.55 73.5 73.45 73.4 73.35 0 200 400 600 800 1000
Test h met RTK 73.56 09/05 10/05 11/05 12/05 73.54 73.52 73.5 73.48 73.46 90% binnen 5 cm 10.3 cm 73.44 73.42 0 200 400 600 800 1000
73.56 Resultaten test 73.54 73.52 Is er een verband tussen het resultaat en het aantal beschikbare satellieten? 73.5 73.48 Besluit: geen verband met aantal satellieten of VDOP 73.46 73.44 Plot van het aantal zichtbare satellieten voor de dag met grootste variaties (11/05), rekening houdend met de hindernissen 73.42 0 50 100 150 200 250
Resultaten test RTK 0.8 0.79 Spreiding van X-waarden: 3.9 cm 0.78 0.77 Y-waarden: 6.4 cm 3 cm 0.76 90% binnen de 3cm 0.75 0.74 0.73 0.72 0.86 0.87 0.88 0.89 0.9 0.91
Atmosferische verstoringen Ionosfeer Vertraging van het satellietsignaal door vrije elektronen Wordt grotendeels opgevangen door metingen op meerdere frequenties Problemen door tijdelijke wijzigingen t.g.v. zonnewinden België ligt op een gunstige breedtegraad Hoogtepunt zonnecyclus is voorbij Troposfeer Vertraging van het satellietsignaal t.g.v. schommelingen in temperatuur, druk en luchtvochtigheid Gedeeltelijke correctie door toepassing van modellen Bij differentiële metingen naar dichtbijgelegen referentiestations is de invloed beperkter Oppassen bij sterk wisselende, zeer lokale weerfenomenen
Transformatie van ellipsoïdale (h) naar orthometrische hoogte (H) Correctierooster met N-waarden Topografisch opp. H N h Geoïde Ellipsoïde Correctierooster werd opgesteld in 2003, nauwkeurigheid: = 2 cm (absoluut) De fout binnen een kleine zone (< 10 km2) varieert weinig, maar kan een systematische fout introduceren bij de overgang van h naar H Momenteel worden er inspanningen geleverd om dit te verbeteren: Nieuwe verwerking van de bestaande zwaartekrachtgegevens door TU Delft Nieuwe GNSS-gewaterpaste punten
Tweede Algemene Waterpassing 19.000 merktekens geplaatst 1947 1968 Re-iteratie van 1980 tot 2000 Ligging en steekkaarten van de merktekens via Geodetische documentatie Nu nog ongeveer 17.500 merktekens aanwezig
Activiteiten TAW van 2000 tot nu Volledige herziening is helaas niet meer mogelijk Optische waterpassing in probleemzones Kust Haven van Antwerpen Vroegere mijnzones Regio Dentergem Graag feedback indien u problemen vaststelt Het NGI focust zich nu op: Opstellen van een nauwkeuriger hoogtecorrectiemodel Opstellen van procedures voor nauwkeurige hoogtebepaling via GNSS
Conclusies Foutenbron Fasecentrum van de antennes Stabiliteit coördinaten referentiestations Far-field multipath Near-field multipath Signaalverstoringen in de atmosfeer Overgang van ellipsoïdale naar orthometrische hoogte Remedie Bij RTK-netwerkbeheerders: toepassen van offsets en correctietabellen Bij de gebruiker: toepassen van offsets Diverse controles door RTK-netwerkbeheerders en het NGI Geen betrouwbaar resultaat met RTK, wel met statische metingen (al dan niet herhaald) Verder onderzoek nodig Invloed meestal beperkt, behalve bij extreme weersomstandigheden of zonnecyclus-maximum Verbeterd hoogtecorrectiemodel