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
Hoogtecomponent Maasmechelen Periode juli 2004 – oktober 2014
Regelmatig werd h – coördinaat aangepast
0,06 0,045
0,05
0,04 0,035
0,04
0,03 0,025 0,03
0,02 0,015
0,02
0,01
Gemiddeld 8 mm/jaar
0,01
0 1275
0,005
0 1250 -0,005 -0,01
1325
1375
1425
1475
1525
1575
1625
1675
1725
1350
1450
1550
1650
1750
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
2e 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
Far-field: wordt weggewerkt door langdurige statische metingen Multipath 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
4.5 cm !! h = 50.342 m
h = 50.321 m
Bijkomend onderzoek is noodzakelijk
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
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 0,05
0,040 0,020
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
-0,020
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
0
0,000
-0,040
-0,05
-0,060 -0,080
-0,1
-0,15
Grootste verschillen (m) -0.073
0.048
Grootste Verschillen (m) -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 11/05
10/05
09/05
73.7
12/05
73.65
UITSCHIETERS 73.6 73.55 73.5 73.45 73.4 73.35 0
200
400
600
800
1000
Test h met RTK 09/05
73.56
12/05
11/05
10/05
73.54 73.52 73.5
10.3 cm 90% binnen 5 cm
73.48 73.46 73.44 73.42 0
200
400
600
800
1000
73.56
Resultaten73.54 test 73.52
Is er een verband 73.5 tussen het resultaat en het aantal beschikbare satellieten ? 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
0.8
Resultaten test RTK 0.79
0.78
Spreiding van X-waarden: 3.9 cm
0.77
3 cm
Y-waarden: 6.4 cm 0.76
0.75
90% binnen de 3cm 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
h h
Geoïde
N N 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
Remedie
Fasecentrum van de antennes
Bij RTK-netwerkbeheerders: toepassen van offsets en correctietabellen Bij de gebruiker: toepassen van offsets
Stabiliteit coördinaten referentiestations
Diverse controles door RTK-netwerkbeheerders en het NGI
Far-field multipath
Geen betrouwbaar resultaat met RTK, wel met statische metingen (al dan niet herhaald)
Near-field multipath
Verder onderzoek nodig
Signaalverstoringen in de atmosfeer
Invloed meestal beperkt, behalve bij extreme weersomstandigheden of zonnecyclus-maximum
Overgang van ellipsoïdale naar orthometrische hoogte
Verbeterd hoogtecorrectiemodel
