Jämförelse mellan två generationer av GNSS-mottagare tillverkade av Trimble
Mätnoggrannhet i plan och höjd vid användande av nätverks-RTK
Comparison of two generations Trimble GNSS receivers
Anton Gunnarsson & Martin Ström
Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap
Lantmätarprogrammet med inriktning mät- och kartteknik Examensarbete 15 hp
Handledare: Jan-Olov Andersson Examinator: Jan-Olov Andersson Datum: 2020-06-12
Sammanfattning
GNSS har de senaste årtiondena gjort enorma framsteg och inom vissa användnings- områden har GNSS-mätningar ersatt användandet av totalstation. Ett problem för GNSS- tekniken idag är tät vegetation, vilket gör att mottagarna inte kan prestera tillförlitliga beräkningar av satellitsignalerna.
I detta arbete jämförs en ny mottagare från Trimble som påstås kunna mäta med goda resultat i just sådana miljöer mot dess föregångare. På uppdrag av ÅF Karlstad har vi därför genomfört en jämförelse av den nya mottagaren (R12) och dess föregångare (R10), för att se om R12 i större utsträckning än R10 kan ersätta användningen av totalstation.
Jämförelsen skedde genom att upprepade gånger med de båda instrumenten mäta in sex olika punkter helt eller delvis dolda av vegetation. För att få enhetliga punkter mättes dessa in med RUFRIS-etablerad totalstation och höjderna avvägdes från närbelägna höjdfixar.
Resultaten har därefter analyserats genom att beräkna medelavstånd från känd punkt samt maximal spridning av punkterna inom respektive mättillfälle. Resultaten visar att Trimble R12 kan genomföra tillförlitliga mätningar i miljöer där R10 är oanvändbar. På en av punkterna uppnådde R12 fixlösning medan R10 misslyckades, vilket tydligt syns i resultaten. Vidare visar resultaten ett jämnare och mer samlat resultat på samtliga inmätta punkter för R12 jämfört med R10.
Slutsatsen är att R12 genomgående presterar bättre resultat än R10, samt möjliggör inmätningar med GNSS i miljöer där detta tidigare inte varit möjligt.
Abstract
The use of GNSS has made huge progress over the last few decades and in many cases replaced the use of total stations. A current problem for the GNSS-technique is dense vegetation, which prevents the receivers from making reliable calculations for the satellite signals. In this study a new receiver from Trimble that is said to be able to measure in these particular environments is compared to its predecessor. By assignment from ÅF Karlstad we have therefore conducted a comparison of the new receiver (R12) and its predecessor (R10), to see if R12 to a greater extent than R10 can replace the use of a total station.
The comparison was carried out by repeatedly measuring six different points, totally or partly obstructed by vegetation. To achieve uniform points these where measured with a Realtime Updated Free Station (RUFRIS) and the altitude was balanced from nearby fixed points.
The results where then analyzed by calculating average distance from the known points as well as the maximum dispersion within each respective moment of measurement. The results show that Trimble R12 can conduct reliable measurements in environments where the R10 is not useable. At one of the points the R12 achieved fixed solution where the R10 failed to do so, which is clearly reflected in the results. The results further show a more even and gathered result compared to the R10.
The conclusion of the project is that the R12 constantly performs a better result than the R10 and also enables measurements in environments previously not measurable with GNSS.
Förord
Studien har genomförts under våren 2020 på uppdrag av ÅF Karlstad och är ett examensarbete som avslutar våra studier.
Vi skulle först och främst vilja rikta ett stort tack till ÅF och då framförallt till Lars och Lotta som förmedlat uppdraget och instrumenten samt varit till stor hjälp med idéarbetet.
Vi vill även tacka personalen på Trimtech i Karlstad för god service och genomgång av instrument.
Båda författarna har aktivt deltagit såväl i de praktiska momenten som i textförfattandet.
Alla bilder, figurer och tabeller är framställda av författarna om inte annat anges.
Härmed intygas att samtliga delar av uppsatsen har genomförts av Anton Gunnarsson och Martin Ström med lika uppdelning av arbetsbelastningen.
Karlstad, den 12 juni 2020.
Anton Gunnarsson & Martin Ström
Innehåll
1 INLEDNING ... 1
1.1SYFTE ... 1
1.2FRÅGESTÄLLNINGAR ... 1
2 TEORI ... 2
2.1GNSS/NÄTVERKS-RTK ... 2
2.2BÄRVÅGSMÄTNING ... 3
2.3STATISK MÄTNING ... 3
2.4SATSMÄTNING ... 3
2.5STOMPUNKTER /HÖJDFIXAR ... 4
2.6RUFRIS ... 4
2.7AVVÄGNING ... 5
2.8FELKÄLLOR ... 6
2.8.1 Systematiska fel ... 2
2.9GEOIDMODELL ... 2
2.9.1 Swen17_RH2000 ... 3
3 METOD ... 4
3.1MILJÖ ... 4
3.2UTRUSTNINGOCH MÄTINSTRUMENT ... 5
3.3INMÄTNING ... 6
3.4DATA ... 8
4 RESULTAT ... 9
4.1FRI STATIONSETABLERING ... 9
4.2AVVÄGNINGSPROTOKOLL ... 11
4.3INMÄTTA REFERENSPUNKTER ... 12
4.4PUNKTSPRIDNING VID N-RTK MÄTNING ... 13
5. ANALYS ... 21
5.1FELKÄLLOR ... 21
5.1.1 Stompunkter/höjdfixar ... 21
5.1.2 Inmätning N-RTK ... 22
6. DISKUSSION ... 23
6.1HÅLLBAR UTVECKLING ... 23
7. SLUTSATS ... 24
7.1FRAMTIDA STUDIER ... 24
BILAGA 1. JONOSFÄRSMONITOR ... 27
BILAGA 2. KOORDINATLISTA PUNKTER INMÄTTA TRIMBLE R10 ... 28
BILAGA 3. KOORDINATLISTA PUNKTER INMÄTTA TRIMBLE R12 ... 32
1 Inledning
Detta examensarbete utfördes på uppdrag av ÅF Karlstad. ÅF anlitas oftast av Trafikverket vid inmätning och vid nybyggnationer av vägar. Vid starten av vägbyggnationer används normalt Global Navigation Satellite System (GNSS) för att snabbt kunna lokalisera var vägen ska sättas ut i terrängen. Totalstation används i byggskedet för att säkerställa att kraven som trafikverket hänvisar till uppfylls, samt vid tillfällen då skogen är för hög, tät eller terrängen för kuperad och skymmer satelliterna vid GNSS-mätning. Terrängen vid nybyggnation av väg kan vara svårframkomlig och att bära en tung totalstation sliter hårt på personal. Mycket tid skulle kunna sparas om mätpersonalen i högre grad kunde förlita sig på resultaten från GNSS-mätningarna och minska användningen av totalstation. Arbetet skulle då även bli mindre fysiskt krävande.
1.1 Syfte
Syftet med examensarbetet är att undersöka skillnaden i mätosäkerhet mellan två olika generationer av GNSS-utrustning (Trimble R10 och R12) samt om Trimble R12 kan prestera vad tillverkaren utlovar. Enligt Trimble ska R12 vara 30 % bättre i miljöer där GNSS vanligtvis har problem, vilket skulle kunna underlätta mycket genom att minska användningen av totalstation som är tung och tidskrävande att handha.
1.2 Frågeställningar
Några olika aspekter hos den GNSS-utrustning som kommer att undersökas och jämföras vilket leder tillföljande frågor:
• Vilka är skillnaderna i mätresultat mellan Trimble R10 och den nya modellen Trimble R12?
• Finns det någon mätbar tidsskillnad mellan instrumenten när det gäller att få fixlösning?
• Kan Trimble R12 få fixlösning i miljöer där det vanligtvis är svårt med R10?
• Påverkar jonosfärsstörningar mätningarna?
2 Teori
2.1 GNSS / Nätverks-RTK
Global Navigation Satellite System (GNSS) är ett samlingsnamn för de olika globala navigationssatellitsystem som används idag. De flesta satellitsystemen är i grunden militära men används mer och mer för civila ändamål som positionsbestämning. När satellitsystemen togs i bruk användes de mest för navigation av fartyg och flygplan, men numera finns GNSS-teknik även inbyggd i en mängd konsumentprodukter (Harrie 2013). För positions-bestämning med lägre osäkerhet finns idag ett flertal system som mäter med bärvåg och RTK-teknik. Att bestämma sin position med låg osäkerhet underlättar arbetet för mätingenjörer på byggarbetsplatser och inom olika lantmäteri- verksamheter. De satellitsystem som är vanligast i GNSS idag är Amerikanska GPS, Ryska GLONASS och Europeiska unionens GALILEO (Engfeldt et al. 2007 Lantmäteriet 2020a).
Nätverks-RTK står för Nätverks Real Tids Kinematik (NRTK) och är den metod som använts i studien och som kommer belysas fortsättningsvis. Tekniken bygger på bärvågsmätning där GNSS-mottagaren beräknar sin position genom mätning av bärvågor och korrigerar denna med hjälp av basstation med en känd position. Basstationen består i sin tur av en GNSS-mottagare som är stationär och ingår i ett nät med liknande stationer.
Genom att dessa stationer ”vet” sina positioner kan de skapa korrektionsparametrar som användarna kan dra nytta av för positionsbestämning. Detta sker i Sverige med SWEPOS basstationer. Användarnas utrustning är bärbar och mätningarna tar endast några sekunder vid goda förhållanden. Positionsberäkningen sker omedelbart i GNSS-enhetens handenhet.
Vid mätning med NRTK ska alltid fixlösning uppnås. För att uppnå fixlösning krävs kontakt med minst fem satelliter samt att dessa har god spridning (Jämtnäs 2015). Med en större spridning av satelliterna ökar sannolikheten till en mer noggrann positions- bestämning (Lantmäteriet 2017).
För att kontrollera om GNNS-rovern har signal från satelliter med god spridning granskas DOP-värdet (Dilution Of Precision). Det finns olika typer av DOP-värden men det vanligaste värdet man använder inom mätning med GNSS är PDOP (Position Dilution Of Precision). PDOP-värdet har ingen bestämd komponent men en regel är att ju lägre värde desto bättre satellitspridning, vilket oftast medför lägre mätosäkerhet. Vid goda förhållanden och med bra satellitspridning bör ett PDOP-värde på <3 uppnås (Lantmäteriet m.fl. 2013; Lantmäteriet 2017). Elevationsvinkeln på aktiva GNSS-satelliter har en inverkan på mätresultatet. Vid god stellitspridning bör elevationsvinkeln justeras för att undvika störningar från markobjekt. Satelliter med längre avstånd genom atmosfären kan ge felaktiga mätresultat.
För god kvalitet på GNSS-mätningen krävs att en bedömning utförs av mätingenjören där en gräns sätts i förhållande till satellitspridningen. Lantmäteriet (2017) anser att elevations- vinkeln bör ställas mellan 10–15 grader.
2.2 Bärvågsmätning
Bärvågsmätning går enkelt uttryckt ut på att avståndet mellan satellit och mottagare bestäms av antalet hela bärvågor samt del av bärvåg. Längden på den kapade bärvågen bestäms med hjälp av fasförskjutning och tekniken ställer höga krav på utrustningen.
Varje bärvåg är 19 cm lång och avståndet till satelliten kan beräknas till 1 % av signallängden, alltså 1,9 mm i teorin. Mätningar kan utföras med en osäkerhet på ca 2 mm (Jämtnäs 2015). GNSS-utrustningen för bärvågsmätning är betydligt mer avancerad än den som exempelvis återfinns i mobiltelefoner och bygger på kodmätning, vilket medför ett högre pris och ställer högre krav på användaren men har en betydligt lägre osäkerhet.
2.3 Statisk mätning
Mätmetoden innebär att en GNSS-mottagare tvångscentreras över en punkt och samlar in data i form av bärvågor under en längre tid. Minst 30 minuter rekommenderas, men tiden bör förlängas vid långa stomlinjer samt dåliga siktförhållanden (Jämtnäs 2017). Vid inmätning av ett nät placeras flera mottagare över olika punkter och inmätningarna sker simultant. Viktigt är att varje punkt mäts in minst två gånger med nya tvångscentreringar för att uppnå en god kontrollerbarhet (K-värde). Positionen beräknas i efterhand med hjälp av beräkningar i programvara och används när kvalitetskraven är höga (Jämtnäs 2015, 2017).
2.4 Satsmätning
Rutiner skapas så att tillfälliga och systematiska fel kan förhindras, upptäckas och reduceras vid mätning med totalstation. För att kunna åstadkomma detta krävs att mätningar och mätprinciper noggrant följs. Satsmätning är en metod som används då noggranna mätningar ska utföras, exempelvis vid etablering av stomnät. Satsmätningens syfte är att minska osäkerheten i mätningen samt förhindra att grova fel uppstår i mätningarna, detta utförs genom att vinklar och avstånd mäts i olika cirkellägen flera gånger för att reducera eventuella kollimationsfel och systematiska instrumentfel. Antalet helsatser som krävs vid mätningen beror på vilken instrumentklass totalstationen tillhör, vilka krav som ställs på osäkerheten samt vilka siktlängder som ingår i nätet. Vid satsmätning mäts objektet in som vanligt med totalstationen och därefter utförs en mätning igen fast instrumentet vänds åt andra hållet och kikaren blir då upp-och nedvänd (Jämtnäs 2017). Vid stommätning bör totalstationen vara klass T3.
2.5 Stompunkter / Höjdfixar
Stompunkter är punkter inmätta med låg mätosäkerhet och mäts oftast in med statisk mätning, stompunkter som finns i Sverige är tillgängliga på lantmäteriets hemsida. Dessa används i sin tur för att skapa anslutningsnät som används vid detaljmätningar. Anslutning till stomnät skall alltid göras till kända utgångspunkter beräknade i de nationella referenssystemen SWEREF99 och RH 2000 (Jämtnäs 2017).
Höjdfixar finns utspridda över hela landet med förtätningar framförallt i stadsområden.
Dessa fixar är avvägda och håller idag en mycket låg osäkerhet. I stort är dessa belägna längs landsvägar och är markerade i varaktiga föremål, vanligtvis som dubb i berg. Det finns i Sverige tre olika höjdsystem: RH 00, RH 70 samt det senaste systemet RH 2000, där RH står för Rikets Höjdsystem. Mätningarna för att ta fram RH 2000 pågick mellan 1979–2003, blev officiellt 2005 och innehåller 50 000 fixpunkter. Eftersom land-höjningen påverkar höjderna i Sverige måste alla höjdvärden relateras till en epok. Detta innebär att RH 00 relateras till 1900, RH 70 till 1970 och RH 2000 till år 2000. Skillnaden mellan RH 00 och RH 2000 är i Umeå ca 1 meter och i södra Sverige nära noll, eftersom landhöjningen är olika i landets olika delar (Lantmäteriet 2020a). För att återfinna höjdfixar har lantmäteriet en tjänst (hitta stompunkt), samt att de flesta kommuner även har en egen förteckning.
2.6 RUFRIS
Under byggnationen av järnvägsprojektet Ostlänken uppstod ett behov av alternativa möjligheter för etablering av fri station. Under ledning av Trafikverket togs då RUFRIS metoden fram, vilken möjliggör etablering utan tillgång till befintligt stomnät. Detta möjliggörs då stationen erhåller sina koordinater direkt i fält med hjälp av GNSS-teknik, kombinerat med avstånds- och vinkelmätning. Detta möjliggörs genom att en mätstång försedd med prisma för avstånds- och vinkelmätning förses med en GNSS-rover mätandes mot satellitnavigationssystemet. Totalstationen erhåller en kombinaton av mätningarna varpå koordinatberäkning sker i realtid (Lantmäteriet et. Al 2013; Alizadeh Khameneh m.fl.
2017). Metoden har visat på acceptabel mätosäkerhet i plan (Vium Andersson 2011).
Avgörande för låg mätosäkerhet hos RUFRIS är robust och pålitlig GNSS-mottagning.
Kvaliteten på nätverks-RTK är avgörande och totalstationens instrumentella mätosäkerhet har endast en marginell påverkan på resultatet. Den andra avgörande faktorn för en god etablering med RUFRIS är mätstångens stabilitet under mättillfället. Stödben, alternativt stativsmonterade prismor kan reducera denna felkälla (Vium Andersson 2011).
För en god etablering med RUFRIS-metoden rekommenderar Horemuž & Vium Andersson (2011) i en studie minst 15 bakåtobjekt spridda på 20 gon runt totalstationen.
Vidare bör minst 20 % av bakåtobjekten vara placerade på att avstånd lika med eller
överstigande avståndet till de detaljpunkter som ska mätas in (Horemuž & Vium Andersson 2011; Vium Andersson 2011).
2.7 Avvägning
Dagens teknik för avvägningsinstrument har sitt ursprung i kikarens tillkomst. Ifrån grunden utrustades kikaren med ett vattenpass för horisontering varpå möjligheten att avläsa höjdskillnader på en graderad mätstång uppstod. Dagens teknik skiljer sig inte så mycket från det ursprungliga sättet förutom att det har förfinats så att mätningarna kan utföras med lägre osäkerhet. Precisionsavvägning bör utföras med mätinstrument i klass A1 och har en osäkerhet på £1 mm/km vid dubbelavvägning (Lantmäteriet 2017).
Avvägning är den metod används när höjder ska bestämmas på nyetablerade punkter, denna teknik anses ge lägst mätosäkerhet vid höjdmätning och används då krav på låg mätosäkerhet ställs (Ågren m.fl. 2013; Lantmäteriet m.fl. 2013).
Utvecklingen av avvägningsinstrument har medfört att mättiden har förkortats. Idag utförs oftast avvägning med elektronisk avläsning mot graderad streckkodsstång och efterberäkningarna sker i instrumentets inbyggda programvara. Avvägning kan antingen utföras som standardavvägning eller finavvägning. Standardavvägning utförs mot en graderad avvägningsstång som är graderad i centimeter eller i vissa fall millimeter.
Finavvägning utförs med ett avvägningsinstrument utrustat med planglasmikrometer och invarstång. Planglasmikrometern medför att strålgången kan förflyttas parallellt, vilket gör att avläsningen kan utföras på både hel och halv centimeter. Invarstångens skala har en låg längdutvidgningskoefficient, vilket ger en lägre osäkerhet i avvägningen. Om inte längden mellan avvägningsinstrumenten och mätpunkten överstiger 50 meter hamnar standard- osäkerheten på millimeternivå (Jämtnäs 2015).
Principen för avvägning framgår av figur 1.
Figur 1. Avvägningsmetod. (Lantmäteriet 2013)
Uppställningsmetoden för avvägning visas i (figur 1). Vid avvägning placeras instrumentet mellan punkten med känd höjd och den nya punkten vars höjd ska mätas in.
Avvägningsstången placeras på punkten med känd höjd vilket kallas bakåtpunkten varpå avvägningsinstrumentet läser av skalvärdet på stången. Avvägningsstången placeras sedan på punkten vars höjd är okänd och kallas framåtpunkten, varpå en avläsning av skalvärdet utförs på punkt med okänd höjd. Höjdskillnaden beräknas mellan bakåtavläsningen minus framåtavläsningen enligt formel 1 (Lantmäteriet 2013). Genom uträkningen av höjdskillnaden mellan punkt B och F är det möjligt att bestämma den okända höjden för punkt F.
𝐵 = 𝐹 + ∆𝐻 ↔ ∆𝐻 = 𝐵 − 𝐹 (1)
2.8 Felkällor
Vid positionsberäkning med GNSS-teknik beräknar mottagaren avståndet till ett antal satelliter för att med inbindning sedan beräkna sin egen position. Det uppmätta avståndet är endast teoretiskt och brukar kallas pseudoavstånd. Avståndet till respektive satellit beräknas med (formel 2).
𝑝 = 𝑝 + 𝑑!+ 𝑐(𝑑𝑡 − 𝑑𝑇) + 𝑑"#$+ 𝑑%&#!+ 𝜀'!+ 𝜀! (2)
Tabell 1. Teckenförklaring för felfaktorer vid beräkning av pseudoavstånd.
p Pseudoavståndet P Sanna avståndet dp Fel i satellitbana C Ljushastigheten
dt Satellitklockans offset från GPS-tid dT Mottagarklockans offset från GPS-tid dion Fördröjning i jonosfären
d trop Fördröjning i troposfären e mp Flervägsfel
e p Mottagarbrus
För att uppnå en god positionsbestämning spelar antalet satelliter stor roll vid mätningen vilket kan vara ett problem för länder nära jordens poler då de flesta satelliter har omloppsbanor nära ekvatorn. Har man fri sikt mot horisonten åt flera håll vid mätningen
uppstår inga problem, men om träd eller byggnader skymmer sikten kan det vara svårt att etablera tillräckligt bra kontakt med satelliter för att kunna erhålla en noggrann position. På grund av att spridningen av satelliter i höjd inte är lika stor som spridningen i horisontellt läge, är höjden svårare att mäta in än positionen i plan.
Faktorer mätaren själv kan påverka är:
• Utrustning
• Mätmetod
• Observationstid
• Antal satelliter
• Satellitpositioner (dop)
• Avstånd till referensstation
• Terränghinder
• Flervägsfel
• Placering av mottagarenhet
• Anteckningar
Genom korrigering från basstationerna kan alla fel i tidigare nämnda formel kompenseras, förutom flervägsfel och mottagarbrus. Flervägsfel betyder att signalerna från satelliterna reflekteras mot blanka ytor som vatten eller plåttak innan de når mottagaren. Detta medför problem då signalen går en längre väg än den tänkta. Oftast återkommer signalen från två håll vid flervägsfel men det händer att signalen ibland endast återkommer från det felaktiga hållet på grund av att sikten är skymd mellan mottagaren och satelliten (Engfeldt & Jivall 2003).
2.8.1 Systematiska fel
För att minska de slumpmässigt fördelade inriktningsfelen är det viktigt att vinkel- mätningen utförs som satsmätning, vilket innebär repetition, mätning i olika cirkellägen och medeltalsbildning av inriktningen mot varje objekt. Mätning i helsatser innebär också att flera systematiska instrumentfel elimineras (Jämtnäs 2017).
2.9 Geoidmodell
Satellitteknik används av allt fler för att bestämma positioner och höjder. Geoidhöjden är det vertikala avståndet mellan jordellipsoiden och geoiden och används inom geodesin.
Geoidhöjden beror på tyngdkraftens variation nere i jorden och förvaras i en geoidmodell. Geoidmodellen används för att omvandla den mätta höjden, höjden över ellipsoiden (h) till höjden över havet (H). För att detta ska vara möjligt att göra måste separationen mellan dessa ytor vara känd, detta kallas geoidhöjden (N). De senaste åren har allt fler geoidmodeller skapats och anpassats efter det svenska nationella referenssystemet.
Orsaken till varför nya geoidmodeller har skapats är att noggrannare data har samlats in
genom åren samt att bättre beräkningsmetoder och teknik har framkommit (Lantmäteriet 2013). Höjden över ellipsoiden beräknas enligt formel 3.
ℎ = 𝐻 + 𝑁 (3)
h =Ellipsoiden, H = höjden över havet, N = Geoidhöjden 2.9.1 Swen17_RH2000
Lantmäteriet lanserade den nya geoidmodellen SWEN17_RH2000 i oktober 2017 (Kempe
& Ågren 2018). SWEN17 har beräknats genom att anpassa den gravimetriska geoidmodellen NKG2015 till svenska referenssystem SWEREF 99 genom att utnyttja ett antal geometriskt bestämda geoidhöjder. Dessa har beräknats som skillnaden mellan GNSS-bestämda höjder över ellipsoiden och avvägda höjder över havet. Den gravimetriska geoidmodellen NKG2015 har beräknats av Nordiska kommissionen för geodesi. Höjdosäkerheten beror på GNSS höjdmätning samt på geoidmodellen och beräknas med formel 4.
𝜎( = √𝜎)𝐺𝑁𝑆𝑆 + 𝜎)𝑔𝑒𝑜𝑖𝑑𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑙 (4)
= Osäkerhet höjdmätning, = Osäkerhet hos GNSS-höjdmätningen^2 = Osäkerhet geoidmodell^2
Den nya geoidmodellen SWEN17_RH2000 har förbättrats gentemot SWEN08 genom att detaljtyngdsdatabasen har kompletterats med ca 3500 nya detaljmätningar. Den gravimetriska geoidmodellen har beräknats med nya uppdaterade data och avvägnings- observationer samt att GNSS på avvägda fixar har förbättrats genom att enbart punkter med låg osäkerhet har använts. Vidare har uppdaterade tyngdkraftsdata i Sveriges fjällområden, runt Vänern samt att gamla data har felsökts och grova fel tagits bort.
Standardosäkerheten (1 sigma) för SWEN17_RH2000 är 8–10 mm på fastlandet medan osäkerheten ökar till 2–4 cm i fjällen samt runt Vättern. Standardosäkerheten ökar i kustnära vatten och ligger runt 5–10 cm längre ut (Lantmäteriet 2017).
3 Metod
När en undersökning skall utföras är det av stor vikt att välja vilken metodteknik som ska tillämpas och vad syftet med undersökningen är. För att erhålla kvantitativa mätdata krävs stora förberedelser. Målet var att kontrollera två GNSS-instrument emot varandra i svåra miljöer och samla in data i form av radiell avvikelse och maximal spridning mellan instrumenten.
3.1 Miljö
Kartor och internettjänster av olika slag studerades inför valet av områden för fältarbete och till slut valdes två platser ut i Karlstad. Första platsen som valdes ut var Stockfallet i Karlstad väst om Karlstad Universitet och den andra platsen var vid Djupdalen norr om Karlstad centrum. Dessa platser valdes ut på grund av att höjdfixar, öppen mark samt tätvuxen skog fanns beläget vid dessa områden vilket var kraven för att kunna genomföra studien. Inmätning av nypunkten med RURFRIS-metoden vid Stockfallet samt NRTK mätningarna utfördes den 16 april (se figur 2). Inmätningarna av nypunkterna med RUFRIS-metoden vid Djupdalen samt NRTK mätningarna utfördes den 17 april (se figur 6 och 7). De båda studieområdena visas i figur 3.
Figur 2. RUFRIS-etablering med Trimble S6 och Trimble R12 monterad på prismastång vid Stockfallet. Stödbenen syns längst ner på stången och totalstationen i mitten av bilden.
Figur 3. De två studieområdena. Område 1 är Stockfallet, vilket innefattar punkt 1, 2 och 7. Område 2 är Djupdalen, vilket innefattar punkt 3, 4, 5, 6 och 8.
3.2 Utrustning och mätinstrument
Samtliga mätinstrument som använts i examensarbetet med tillhörande utrustning är av fabrikatet Trimble. Efterföljande beskrivning redovisar tekniska specifikationer för dessa mätinstrument.
¨ Trimble R10
Mätosäkerhet vid nätverks-RTK:
- Horisontell: 8 mm + 0,5 ppm - Vertikal 155 mm + 0,5 ppm - Uppkopplingstid: 2–8 sekunder (Trimble A, s. 2).
¨ Trimble R12
Mätosäkerhet vid nätverks-RTK:
- Horisontell: 8 mm + 0,5 ppm - Vertikal 155 mm + 0,5 ppm - Uppkopplingstid: 2–8 sekunder Trimble R10 och R12 visas i figur 4.
¨ Totalstation Trimble
Osäkerheten är av tillverkaren specificerad enligt följande:
- Prismaläge
- Standard: 2 mm + 2 ppm
- Standardavvikelse enligt ISO 17123–4: 1 mm + 2 ppm - Tracking: 4 mm + 2 ppm
(Trimble C, s. 2).
¨ Avvägningsinstrument Trimble DiNi - Elektronisk mätning
- Stång med hög noggrannhet, streckkod 0,3 mm - Standarstång, streckkod 1,0 mm
- Visuell mätning 1,5 mm
- Avståndsmätning med 20 meters siktavstånd.
- Stång med hög noggrannhet, streckkod 20 mm - Standarstång, streckkod 25 mm
- Visuell mätning 0,2 m (Trimble D, s.2)
Trimble S6 samt Trimble DiNi visas i figur 5.
¨ Fältdator Trimble TSC 3
¨ Mätstång med S-360° rundprisma.
¨ Stativ
Figur 4. Trimble R10 och R12.
Figur 5. Trimble DiNi och s6.
3.3 Inmätning
Mätningarna som utfördes med RUFRIS-metoden genomfördes på samma sätt samtliga gånger. Vid de två första etableringarna användes 15 bakåtobjekt och vid den tredje användes 10 eftersom miljön gjorde det svårt att använda fler. Nypunkterna och stompunkterna mättes därefter in med satsmätning i två cirkellägen med totalstation Trimble S6, TSC3 och GNSS-mottagare R12 för att lättare kunna se att resultaten överensstämde med varandra och för att kunna bedöma om mätningarna hade en hög
reliabilitet (Björklund & Paulsson 2012). Höjderna från stompunkterna avvägdes till nypunkterna med hjälp av Trimble DiNi. Höjdfixarna/stompunkterna kontrollerades även genom inmätning med totalstation. Protokoll från avvägningen redovisas i tabell 5 och 6.
Två höjdfixar, en vid stockfallet och en vid djupdalen valdes ut för inmätningen. Orsaken till att dessa valdes var att de även var inmätta som stompunkter samt att de låg i nära anslutning till skogsområden och var stabilt markerade. GNSS-mätningarna utfördes med samma GNSS-stång utan att ändra några inställningar vid bytet av instrument för att få de att stämma överens med varandra och för att även här uppnå en hög reliabilitet. Varje punkt mättes in i plan och höjd på samma sätt: Mätstången med GNSS-rover R10 placerades ovanpå punkten, nivellerades och stabiliserades med dubbla stödben. Tio snabbpunkter, tio detaljpunkter samt fem passpunkter mättes därefter in. Orsaken att olika typer av mätningar användes var för att utröna om det fanns någon skillnad i precision för de olika metoderna. R10 byttes ut mot R12 med hjälp av snabbfästet på rovern varefter proceduren upprepades. Snabbpunkterna bestod av en mätning, detaljpunkterna av tre och passpunkterna av 180 mätningar. Nypunkterna 4 och 5 markerades med spik i marken och punkt 2 och 6 markerades med penna på sten. Punkt 1 och 3 (stompunkterna/höjdfixarna) var markerade med dubb i berg.
Figur 6. Inmätning av punkt 5 Djupdalen.
Figur 7. Inmätning av punkt 4 Djupdalen.
3.4 Data
Fri station beräknades i SBG Geo med minsta kvadratmetoden. Bakåtobjekt med sämre värden sållades bort för att få ett så bra värde som möjligt på stationerna, varpå koordinater för de nya punkterna beräknades. Varje punkt mättes in med satsmätning varefter medelvärden för dessa beräknades. Punkternas beräknade positioner sparades som nya punkter varefter höjderna från avvägningarna applicerades. Allt sparades i en geo-fil med namnet nypunkter avvägda.
Geo-filerna från de båda instrumenten slogs ihop för att skapa en fil som innehöll samtliga inmätningar för R10 samt en med samtliga för R12 som döptes till R12 samt R10 (bilaga 2 och 3). Punkterna som användes som bakåtobjekt för stationsetableringarna sållades bort medan de kvarvarande döptes om. Alla snabbpunkter fick namnet S, detaljpunkter D och passpunkter P, följda av löpnummer. Alla de tre skapade filerna öppnades i Sbg Geo för att visuellt få en bild av hur spridningen av mätningarna såg ut innan beräkningarna genomfördes. Punkter inmätta med R12 blev på bilderna vita, R10 röda och de kända punkterna gröna vilket redovisas i figur 8–25.
De beräkningar som gjordes i Excel var:
- Radiell avvikelse för varje punkt
- Medelavstånd för respektive inmätning till punkt inmätt med totalstation för:
o X o Y
o Radiell avvikelse o Z
- Maximal spridning för respektive inmätning - Skillnad i spridning för respektive punkt
- Skillnad i medelavvikelse mellan R10 och R12 för varje punkt - Avvikelse mot höjdfix (X, Y, Z) vid inmätning med totalstation
4 Resultat
I detta kapitel redovisas resultaten från projektet. Jonosfärsmonitor för de aktuella dagarna redovisas i bilaga 1 och fullständiga koordinatlistor återfinns i bilaga 2 och 3
4.1 Fri stationsetablering
Här redovisas rapporterna från de tre fri stationsetableringarna som genomfördes med RUFRIS-etablering.
Tabell 2. Fri stationsetablering stockfallet station 1.
Fri station Skapad:
2020-04-18
Koordinat StdAvv
Station: st1 X: 6 588 171,850 0,005
Sparad i fil: Y: 153 336,507 0,004
Grundmedelfel: 4,97 Z: 72,858 0,004
Atm. Ppm -1 584,72 Radiellt 0,007
Geom. Ppm 0,00
Bakrikter
Punkt Avstånd H vinkel V vinkel Refl. höjd
g1 18,137 1,4552 97,3249 1,600
g2 18,996 392,7184 97,7691 1,600
g3 18,777 382,7007 98,7330 1,600
g4 19,790 374,6351 99,9564 1,600
g5 24,827 350,0267 100,0759 1,600
g6 25,548 340,5146 100,0071 1,600
g7 25,984 329,6815 100,0942 1,600
g8 25,881 316,8705 100,3589 1,600
g9 26,469 307,0666 100,2909 1,600
g10 26,598 293,9263 100,3281 1,600
g11 29,987 270,9656 100,3039 1,600
g12 32,233 248,9802 100,6203 1,600
g13 34,036 227,6157 99,6953 1,600
g14 34,884 200,5870 100,1781 1,600
g15 41,779 181,4285 97,4290 1,600
Tabell 3. Fri stationsetablering Djupdalen station 1.
Fri station Skapad:
2020-04-18 Koordinat StdAvv
Station: st3 X: 6 590 598,460 0,036
Sparad i fil: Y: 150 262,585 0,026
Grundmedelfel: 34,50 Z: 61,442 0,002
Atm. ppm -1 584,58 Radiellt 0,045
Geom. ppm 0,00
Bakrikter
Punkt Avstånd H vinkel V vinkel Refl. höjd
g31 54,493 212,4660 99,6172 1,600
g32 75,369 209,0636 100,2033 1,600
g33 75,210 203,2279 100,0888 1,600
g34 76,236 195,0766 99,8437 1,600
g35 60,159 216,8152 99,5583 1,600
g36 43,924 224,6534 101,6835 1,600
g37 46,070 231,6180 102,3655 1,600
g38 47,759 236,5421 102,4700 1,600
g39 39,883 295,8757 105,7627 1,600
g40 42,205 313,1521 105,9706 1,600
g41 44,216 329,1293 105,2243 1,600
g42 52,614 346,2362 103,3877 1,600
g43 52,577 362,0388 102,1830 1,600
g44 58,973 8,6385 99,7946 1,600
g45 60,829 16,6556 99,5901 1,600
Tabell 4. Fri stationsetablering Djupdalen station 2.
Fri station Skapad:
2020-04-18
Koordinat StdAvv
Station: st4 X: 6 590 504,579 0,007
Sparad i fil: Y: 150 279,363 0,006
Grundmedelfel: 3,01 Z: 61,713 0,002
Atm. ppm -1 584,58 Radiellt 0,009
Geom. ppm 0,00
Bakrikter
Punkt Avstånd H vinkel V vinkel Refl. höjd
g50 16,485 388,8959 101,2892 1,600
g51 15,286 398,7734 101,9199 1,600
g52 14,998 17,2382 101,9941 1,600
g53 15,594 36,3222 102,3990 1,600
g54 17,614 50,7744 101,9309 1,600
g55 18,683 68,6081 99,3249 1,600
g56 19,164 74,0893 99,2900 1,600
g57 21,247 76,6915 99,3889 1,600
g58 24,309 78,5343 99,8326 1,600
g59 18,697 79,4622 99,4406 1,600
,,
4.2 Avvägningsprotokoll
För att få korrekta höjder på nypunkterna avvägdes höjden från de närliggande stompunkterna. På Stockfallet mättes endast en punkt in och resultatet syns i tabell 5. På Djupdalen mättes tre nypunkter in, vilka avvägdes med ett avvägningståg (tabell 6).
Tabell 5. Avvägningståg Stockfallet.
Beräkning av avvägningståg
Avl. Z Avl l
Bak
Fram Diff Ber z Bak Fram Tot I Förb Slut.Z 1 72,279
2 1,322 1,635 0,3129 72,5919 17,4 18,3 35,7 0 72,5919
1 72,279 1,635 1,322 0,3129 72,5919 18,3 17,4 35,7 0 72,5919 Tabell 6. Avvägningståg Djupdalen.
Beräkning av avvägningståg
Avl. Z Avl l
Bak Fram Diff Ber z Bak Fram Tot l Förb Slut.Z 3 60,309
4 0,718 2,715 1,997 58,312 17,3 17,8 35,1 0 58,312
6 2,362 0,182 2,18 60,492 25,4 26,1 51,5 0 60,492
5 1,534 2,502 0,968 59,524 23,8 24 47,8 0 59,524
6 1,534 2,502 0,968 60,492 23,8 24 47,8 0 60,492
4 2,502 1,534 2,18 60,492 24 23,8 47,8 0 58,312
3 60,309 2,715 0,718 1,997 58,312 17,8 17,3 35,1 0 60,309
4.3 Inmätta referenspunkter
Inmätningen av nypunkterna skedde med totalstation Trimble S6, etablerad med tidigare nämnda fri stationer, varefter höjderna från avvägningarna fördes över. Koordinat- förteckningen för dessa punkter med avvägda höjder återfinns i tabell 7. En jämförelse gjordes för de inmätta stompunkterna mot lantmäteriets koordinater, vilken redovisas i tabell 8. Z-diff i tabellen avser inmätt punkts höjd minus kommunens angivna höjd på fixen.
Tabell 7. Koordinatförteckning och punktbeskrivning.
Referenssystem: Sweref 99 13 30 RH 2000
Punktnummer X Y Z Punktbeskrivning
1 6 588 149,139 153 346,012 72,279 1 Höjdfix Stockfallet dubb i berg.
2 6 588 173,998 153 347,494 72,592 2 Stockfallet. Inmätt punkt under gran.
3 6 590 596,595 150 276,807 60,309 3 Höjdfix Djupdalen dubb i berg.
4 6 590 583,135 150 246,405 58,312 4 Djupdalen. Inmätt punkt i tät skogsdunge.
5 6 590 495,078 150 282,173 59,524 5 Djupdalen. Inmätt punkt i tät skog.
6 6 590 545,065 150 260,292 60,492 6 Djupdalen. Inmätt punkt på refug.
7 6 588 149,105 153 346,045 72,279 7 Höjdfix Stockfallet. Inmätt av Lantmäteriet.
8 6 590 596,606 150 276,782 60,309 8 Höjdfix Djupdalen. Inmätt av Lantmäteriet.
Tabell 8. koordinatjämförelse mellan inmätta punkt och stompunkter. Referenssystem: Sweref 99 13 30 RH 2000 Avv-plan redovisar differensen i plan mellan RUFRIS-inmätt punkt och lantmäteriets koordinater. Avv-höjd redovisar RUFRIS-inmätt höjd minus höjd angiven hos kommunen för höjdfix/stompunkt.
Punktnummer X Y Z Avv-Plan Avv-Höjd
1 6 588 149,105 153 346,045 72,274 0,05 -0,005
3 6 590 596,606 150 276,786 60,309 0,02 0,015
7 6 588 149,139 153 346,012 72,279
8 6 590 596,595 150 276,807 60,294
4.4 Punktspridning vid N-RTK mätning
De båda GNSS-instrumenten jämfördes mot varandra genom att placeras på respektive inmätt punkt, där ett flertal inmätningar gjordes. På alla punkter utom punkt 1 mättes tio snabbpunkter, tio detaljpunkter samt fem passpunkter in. På punkt 1 (figur 8) mättes endast tio snabbpunkter och fem passpunkter in. I figur 8 visas den inmätta punkten (1) samt den av lantmäteriet och kommunen inmätta punkt 7 tillsammans med punkterna inmätta av de båda GNSS-instrumenten. Figur 9 är ett diagram som återger de radiella avvikelserna mot punkt 1 och figur 10 visar den maximala spridningen för mätningarna i radiell avvikelse respektive höjd.
Figur 8. Röda punkter inmätta med instrument R10, Vita punkter inmätta med instrument R12. Punkt 1 inmätt med NRTK, punkt 7 inmätt av Lantmäteriet. Skala i meter.
Figur 9. Radiella avvikelser mellan NRTK mätningarna utförda mot punkt 1.
Figur 10. Maximal spridning i plan och höjd mellan NRTK mätningarna utförda mot punkt 1.
Mätningarna för punkt 2 visas i figur 11, där skillnaden mellan instrumenten tydligt framgår.
Mätningarna från R12 befinner sig alla närmare den inmätta punkten och har även en mindre spridning. I diagrammen i figur 12 och 13 visas radiell avvikelse samt maximal spridning i plan och höjd för mätningarna.
Figur 11. Röda punkter inmätta med instrument R10, Vita punkter inmätta med instrument R12. Punkt 2 inmätt under en gran vid Stockfallet. Skala i meter.
Figur 12. Radiella avvikelser mellan NRTK mätningarna utförda mot punkt 2 Stockfallet.
Figur 13. Maximal spridning i plan och höjd mellan NRTK mätningarna utförda mot punkt 2.
Mätningarna för punkt 3 syns i figur 14 samt punkt 8 som är inmätt av lantmäteriet.
Intressant här är att tre punkter från R12 placerats avvikande från de övriga, en bit norr om de andra punkterna. Punkterna från R10 och R12 hålls förutom dessa tre punkter även här relativt åtskilda. Diagram för radiell avvikelse, höjd samt maximal spridning syns i figur 15 och 16.
Figur 14. Röda punkter inmätta med instrument R10, Vita punkter inmätta med instrument R12. Punkt 3 inmätt med N-RTK, punkt 8 inmätt av Lantmäteriet. Skala i meter.
Figur 15. Radiella avvikelser mellan N-RTK mätningarna utförda mot punkt 3 Djupdalen.
Figur 16. Maximal spridning i plan och höjd mellan N-RTK mätningarna utförda mot punkt 3.
Mätningarna för punkt 4 visas i figur 17. Även här syns en skillnad i registreringen av inmätta punkter där instrumenten placerar sig en aning annorlunda mot varandra. I diagrammen i figur 18 och 19 visas radiell avvikelse och maximal spridning för punkterna.
Figur 17. Röda punkter inmätta med instrument R10, Vita punkter inmätta med instrument R12.
Punkt 4 inmätt med N-RTK i skogsdunge vid Djupdalen. Skala i meter.
Figur 18. Radiella avvikelser mellan N-RTK mätningarna utförda mot punkt 4.
Figur 19. Maximal spridning i plan och höjd mellan N-RTK mätningarna utförda mot punkt 4.
Mätningarna för punkt 5 visas i figur 20, som består av två bilder för att synliggöra spridningen, men även ett utsnitt närmare punkten eftersom spridningen här var så stor.
R12 har på denna punkt en betydligt mer sammanhållen träffbild, både i plan och i höjd, vilket tydligare synliggörs i figur 21 och 22.
Figur 20. Röda punkter inmätta med instrument R10, Vita punkter inmätta med instrument R12. Punkt 5 inmätt med N-RTK i tät granskog på Djupdalen. Bilden till vänster visar den totala spridningen för punkt 5, medan bilden till höger endast visar punkterna närmast punkt 5. Skala i meter.
Figur 21. Radiella avvikelser mellan N-RTK mätningarna utförda mot punkt 5.
Figur 22. Maximal spridning i plan och höjd mellan N-RTK mätningarna utförda mot punkt 5.
Slutligen visas mätningarna för punkt 6 i figur 23. Denna punkt var den enda i projektet med riktigt goda förutsättningar för inmätning med GNSS, vilket även återspeglas i resultatet. Sammanhållningen är god för båda instrumenten och skillnaden instrumenten emellan redovisas i diagrammen i figur 24 och 25.
Figur 23. Röda punkter inmätta med instrument R10, Vita punkter inmätta med instrument R12. Punkt 6 inmätt med N-RTK på refug på Djupdalen. Öppen sikt runt om. Skala i meter.
Figur 24. Radiella avvikelser mellan N-RTK mätningarna utförda mot punkt 6.
Figur 25. Maximal spridning i plan och höjd mellan N-RTK mätningarna utförda mot punkt 6.
5. Analys
Studeras de olika figurerna föreställande de utförda mätningarna upptäcker man en viss skillnad mellan mätningarna relativt stompunkterna (se figur 8–25). Vid analysen av resultatet kunde inget systematiskt fel upptäckas gällande riktningen av de inmätta punkterna då denna skiljer sig vid varje mättillfälle. Studerar man punkternas spridning kan man dock upptäcka ett visst systematiskt fel då alla inmätta punkter samlas på en sida om den kända stompunkten. Eftersom punkterna vid samtliga mätningar samlas på en sida av stompunkten är det sannolikt att ett systematiskt fel existerar. Nedan presenteras tre tänkbara orsaker till de systematiska felen; antingen har något påverkat satellitsignalen så att träffbilden har hamnat fel i förhållande till stompunkten, de inmätta stompunkterna ligger geografiskt fel eller att något handhavandefel har förekommit vid mätningarna. Vårt antagande är att närliggande vegetation är vad som påverkat träffbilden i mätningarna.
Trimble R12 är det instrument som har mest samlad spridningsbild oavsett punkt. Att Trimble R12 har lägst radiell avvikelse stöds av (figur 9, 12, 15, 18, 21 och 24) där skillnader mellan de två olika GNSS-instrumenten redovisas. Studeras den maximala spridningen i plan och höjd gentemot varje inmätt punkt, men även spridningen av resultaten inom mätningarna, kan man konstatera att Trimble R12 har ett jämnare resultat och mindre spridning jämfört med R10. Detta gäller samtliga punkter och båda de analysmetoderna som använts.
5.1 Felkällor
Eftersom inmätningarna i detta projekt bestod av olika moment delas felkällorna i detta avsnitt upp på respektive mätteknik.
5.1.1 Stompunkter/höjdfixar
För att uppnå ett homogent resultat i hela projektet mättes de två stompunkterna samt alla nypunkter in med totalstation där etableringen genomfördes med RUFRIS och N-RTK instrumentet R12. Två av etableringarna gjordes med 15 bakåtobjekt, medan den tredje endast hade 10 bakåtobjekt. Detta eftersom totalstationens position i relation till omgivande vegetation försvårade inmätningarna.
Eftersom en viss osäkerhet angående de inmätta punkternas position föreligger har den maximala spridningen i respektive mätserie beräknats, vilket redovisas i (figur 10, 13, 16, 19, 22 och 25).
Skillnaden mellan stompunkternas koordinater inmätta av kommunen/lantmäteriet jämfört med koordinaterna inmätta med totalstation redovisas i tabell 8.
För att minska osäkerheten i totalstationsetableringarna användes stödben för GNSS- stången. Höjden på de två höjdfixarna är avvägd och kontrollerad av Karlstads kommun och kan därför antas hålla låg osäkerhet. Nypunkternas höjder bestämdes med hjälp av avvägning från höjdfixarna. Detta eftersom det är den metod som håller lägst osäkerhet.
5.1.2 Inmätning N-RTK
Inmätningarna skedde med GNSS-stång tillsammans med dubbla stödben. Under mätningarna blåste det en del, men stödbenen bedömdes som tillräckligt stabila. För att uppnå en ännu lägre osäkerhet hade mätningarna kunnat genomföras med hjälp av stativ och tvångscentreringsutrustning.
Jonosfärsstörningar är kända för att påverka inmätningar med GNSS, men under de aktuella dagarna var dessa störningar mycket låga och bedöms därför inte ha påverkat resultatet (se bilaga 1). Spridningen av satelliter är en annan felkälla som kan påverka resultatet. Inmätningarna skedde dock tidsmässigt i nära anslutning till varandra, vilket bör göra osäkerheten hos denna felkälla låg. För att få större kontroll på resultatet hade anteckningar om satelliternas spridningar kunnat göras.
6. Diskussion
Punkterna som mättes in för projektet valdes ut på grund av sin närhet till skogsmiljöer, samt att de var både höjdfixar och stompunkter. Vidare var tanken att punkterna skulle vara svåra för instrumenten att mäta in på grund av den täta vegetationen i anslutning till dessa.
Endast punkt 5 visade sig vid inmätningarna vålla riktiga problem, vilket gör att fler liknande punkter hade varit önskvärda att mäta in. Likväl visar resultaten att R12 genomgående presterar bättre resultat än R10 samt att mätningar i åtminstone en miljö fungerar normalt där R10 var oanvändbar. Vidare visar resultaten att R10 fortfarande presterar fullt godtagbart i många miljöer med relativt tät växtlighet.
Differensen mellan koordinaterna för punkt 1–8 jämfört med punkterna inmätta med GNSS är märkbar, varför även spridningen inom mätningarna beräknades. Att endast redovisa avståndet till punkterna skulle kunna vara missvisande eftersom det inte kan ställas utom rimligt tvivel att dessa punkter verkligen är korrekta. Den korrekta positionen för punkten skulle teoretiskt sett kunna ligga i centrum av de med GNSS inmätta punkterna. Statisk mätning är en metod som benämns inom teorin och detta på grund av att stompunkterna och höjdfixarna är inmätta med statisk mätning av lantmäteriet och kommunen.
6.1 Hållbar utveckling
Skillnaden mellan de båda instrumenten utgörs endast av intern hård- och mjukvara, vilket gör att storlek, vikt och utseende är oförändrade. Skillnaden i möjligheter att mäta in punkter i miljöer med tät vegetation är däremot stor. Studien visade att R12 kunde mäta med låg osäkerhet i miljöer där R10 hade problem med RTK-uppkoppling. Vid sådana tillfällen skulle användaren kunna fortsätta mäta med GNSS och besparas en etablering av totalstation, vilket är bra både ur arbetsmiljö- och ekonomisk synpunkt. R12 höll ett medel på radiell avvikelse på <5 cm även i den tätaste skogsmiljön som mättes in under projektet, vilket även är inom de krav som vanligtvis ställs för inmätningar med GNSS-teknik. För användare som till stor del mäter in punkter i skog, exempelvis naturreservat och vägprojektering borde tidsbesparingarna kunna bli markanta.
7. Slutsats
Det huvudsakliga målet med projektarbetet var att undersöka om Trimble R12 presterar bättre än Trimble R10 i miljöer som traditionellt vållat svårigheter för inmätningar med GNSS. Trimble R12 presterade mätresultat som på samtliga inmätta punkter låg <5 cm radiell avvikelse och tappade heller aldrig uppkopplingen mot NRTK. R10 presterade även den goda resultat på alla punkter utom punkt 5, där den får anses vara oanvändbar på grund av problem att koppla upp mot NRTK. R12 kan antas göra det möjligt att ersätta totalstation i många tillfällen där GNSS tidigare inte kunnat användas för inmätning och utsättning av punkter. Sammanfattningsvis presterar R12 jämnare resultat än R10 och möjliggör mätning i vissa miljöer där R10 inte kan användas, vilket innebär att den i större utsträckning än R10 kan ersätta användandet av totalstation i fält.
Om man räknar på skillnaden i spridning av punkterna från mätresultaten presterar R12 (om man bortser från punkt 5) 9 % bättre i x, 34 % bättre i y, samt 15 % bättre i z-led jämfört med R10. Inkluderas resultaten från punkt 5 blir resultaten istället 386 % för x, 451 % för y samt 860 % för z till R12:ans fördel. Trimbles uttalande om att R12 presterar 30 % bättre än R10 kan således antas vara korrekt.
Någon märkbar skillnad i uppkopplingstid har inte gått att observera förutom på punkt 5, där R10 inte kunde kopplas upp på RTK, medan R12 hela tiden behöll uppkopplingen.
Någon påverkan av jonosfärsstörningar kunde inte observeras, då några sådana inte existerade vid mättillfällena (bilaga 1).
7.1 Framtida studier
Studien omfattar en jämförelse mellan två generationers instrument från Trimble där fokus låg på att testa instrumenten i miljöer som traditionellt sett är svåra att mäta in med GNSS- teknik. Intressant vore att testa instrumenten i fler svåra miljöer, exempelvis stads- bebyggelse och fler skogsmiljöer. Under projektets inmätningar mättes endast en punkt (punkt 5) in där skillnaden mellan instrumenten var starkt påtaglig. Intressant vore även att se hur instrumenten skulle prestera i områden med en jämnare spridning av satelliter än vad som kan uppnås i Sverige. Vidare vore det intressant att utröna hur mycket som skiljer de båda instrumenten åt vid mätningar med goda förutsättningar, samt hur låg mätosäkerhet respektive instrument kan prestera.
Studien visade på en generellt god samling av mätningarna från båda instrumenten, som dock avviker en del från koordinaterna på punkterna inmätta med totalstation. Vad beror detta på och går det på något sätt att korrigera?
Referenser
Andersson, J. (2011). Underlag till metodbeskrivning av RUFRIS, Trafikverket.
https://www.trafikverket.se/contentassets/6cade102e6ec4ad98c8d6044bd47cf83/stomnat/rufris ---underlag-till-metodbeskrivning-rufris.pdf [hämtad 2020-05-17]
Alizadeh-Khameneh, M. A., Jensen, A. B. O., Horemuž, M. & Vium Andersson, J. (2017).
Investigation of the RUFRIS method with GNSS and total station for leveling. Paper presented at the International Conference on Localization and GNSS (ICL-GNSS). Nottingham, UK, 27–29 juni 2017. doi: 10.1109/ICL-GNSS.2017.8376251.
Björklund M & Paulsson U. (2012) Seminarieboken. 2 uppl. Lund: Studentlitteratur.
Ejvegård, R. (2009). Vetenskaplig metod. 4 uppl. Lund: Studentlitteratur.
Engfeldt, A. & Jivall, L. (2003). Så fungerar GNSS: Geodesi och Geografiska informationssystem. Gävle:
Lantmäterimyndigheten.
Engfeldt, A. Lilje, C. & Jivall, L. (2007). Introduktion till GNSS: Geodesi och Geografiska informationssystem. Gävle: Lantmäterimyndigheten.
Harrie, L. (red.) (2013). Geografisk informationsbehandling – teori, metoder och tillämpningar. 6. Uppl.
Lund: Studentlitteratur AB, ss. 105–137.
Jämtnäs, L (red). (2015). Geodesi GNSS- baserade detaljmätning. Handbok i Mät och Kartfrågor Gävle:
Lantmäteriet.
Jämtnäs, L (red). (2017). Stommätning. Handbok i Mät och Kartfrågor. Gävle: Lantmäteriet.
Lantmäteriet m.fl. (2013). Geodetisk och fotogrammetrisk mätnings- och beräkningsteknik version 2013-10- 28. Kurskompendium. Gävle: Lantmäteriet m.fl.
Lantmäteriet (2003). Geodesi och geografiska informationssystem så fungerar GNSS. LMV-rapport. Gävle:
Lantmäteriet
Lantmäteriet (2017). Handbok i mät- och kartfrågor, Stommätning. Gävle: Lantmäteriet.
Lantmäteriet (2020a) RH 2000 https://www.lantmateriet.se/sv/Kartor-och-geografisk-
information/gps-geodesi-och-swepos/Referenssystem/Hojdsystem/RH-2000/ [hämtat 2020-05- 15]
Lantmäteriet (2020b) GALILEO https://www.lantmateriet.se/sv/Kartor-och-geografisk- information/gps-geodesi-och-swepos/GPS-och-satellitpositionering/GPS-och-andra- GNSS/Galileo/?fbclid=IwAR12kpDCV-OIl3_leONKP1aRFdgOhJyGOI3N-
i_N_f6_Rgf8GFYOBlu613o [hämtat 2020-05-20]
Lantmäteriet (u.å.b). Hitta stompunkt. https://stompunkt.lantmateriet.se [2020-05-23]
Kempe T & Ågren J (2018). Om SWEN17_RH2000 – den nya nationella
geoidmodellen. Gävle: Lantmäteriet. https://www.lantmateriet.se/globalassets/kartor-och- geografisk-information/gps-och-geodetisk-matning/publikationer/kempeagren-om- swen17_rh2000.pdf [hämtad 2020-05-19]
Svensson V, Tobler F, Utvärdering av olika metoder för stationsetablering med nätverks-RTK, Gävle, Lantmäteriet 2018.
Trimble A, u.å. Trimble R10 Model 2 GNSS System. Hämtad 2020-03-30, från:
https://geospatial.trimble.com/sites/geospatial.trimble.com/files/2019-04/022516- 332A_TrimbleR10-2_DS_USL_0419_LR.pdf [hämtad 2020-05-13]
Trimble B, u.å. Trimble R12 GNSS System. Hämtad 2020-03-30, från:
https://r12.trimble.com/img/Datasheet%20-%20Trimble%20R12%20GNSS%20Receiver%20-
%20English%20(US).pdf
Trimble C, u.å. Trimble S6 Total Station. Hämtad 2020-03-30 från:
https://community.trimble.com/docs/DOC-1726
Trimble D, u.å. Trimble DiNi Digital level. Hämtad 2020-04-27 från:
https://de.geospatial.trimble.com/sites/default/files/2019-03/Datasheet%20-
%20DiNi%20Digital%20Level%20-%20English%20A4%20-%20Screen.pdf Vium Andersson, J. (2011). Underlag till metodbeskrivning RUFRIS. Stockholm: WSP Samhällsbyggnad.
Ågren, J., Eklundh, L., Olsson, H., Harrie, L., & Klang, D. (2013). Insamling av geografiska data. Harrie, L. (red.) (2013). Geografisk informationsbehandling – teori, metoder och tillämpningar. 6. Uppl. Lund:
Studentlitteratur AB, ss. 105–137.
Bilaga 1. Jonosfärsmonitor
Figur 26. Jonosfärsstörningar i Svealand 16/4 2020, Swepos Tjänsteportal.
Figur 27. Jonosfärsstörningar i Svealand 17/4 2020, Swepos Tjänsteportal
Bilaga 2. Koordinatlista punkter inmätta Trimble R10
Tabell 9. Koordinatlista för punkter inmätta med GNSS-instrument Trimble R10.
Trimble
R10
Mätning Punktnummer X Y Z
S1 1 6 588 149,11 153 346,02 72,279
S2 1 6 588 149,11 153 346,03 72,256
S3 1 6 588 149,11 153 346,02 72,263
S4 1 6 588 149,12 153 346,03 72,272
S5 1 6 588 149,12 153 346,03 72,27
S6 1 6 588 149,11 153 346,02 72,273
S7 1 6 588 149,12 153 346,02 72,261
S8 1 6 588 149,11 153 346,02 72,25
S9 1 6 588 149,10 153 346,02 72,256
S10 1 6 588 149,11 153 346,02 72,263
P1 1 6 588 149,11 153 346,01 72,274
P2 1 6 588 149,11 153 346,02 72,278
P3 1 6 588 149,11 153 346,02 72,272
P4 1 6 588 149,11 153 346,02 72,267
P5 1 6 588 149,11 153 346,02 72,255
S1 2 6 588 174,00 153 347,53 72,574
S2 2 6 588 174,01 153 347,53 72,582
S3 2 6 588 174,00 153 347,52 72,574
S4 2 6 588 174,01 153 347,52 72,573
S5 2 6 588 173,99 153 347,53 72,563
S6 2 6 588 174,01 153 347,52 72,553
S7 2 6 588 174,00 153 347,53 72,577
S8 2 6 588 173,99 153 347,53 72,565
S9 2 6 588 174,01 153 347,53 72,561
S10 2 6 588 174,01 153 347,52 72,588
D1 2 6 588 174,01 153 347,53 72,581
D2 2 6 588 174,01 153 347,53 72,587
D3 2 6 588 174,00 153 347,53 72,552
D4 2 6 588 173,99 153 347,52 72,534
D5 2 6 588 174,00 153 347,52 72,527
D6 2 6 588 174,00 153 347,52 72,526
P1 2 6 588 174,00 153 347,53 72,594
P2 2 6 588 174,01 153 347,53 72,602
P3 2 6 588 173,99 153 347,53 72,579
P4 2 6 588 173,99 153 347,52 72,564
P5 2 6 588 173,99 153 347,52 72,563
S1 3 6 590 596,60 150 276,80 60,339
S2 3 6 590 596,60 150 276,80 60,338
S3 3 6 590 596,60 150 276,80 60,357
S4 3 6 590 596,61 150 276,80 60,334
S5 3 6 590 596,60 150 276,80 60,353
S6 3 6 590 596,60 150 276,80 60,346
S7 3 6 590 596,61 150 276,79 60,337
S8 3 6 590 596,61 150 276,79 60,324
S9 3 6 590 596,60 150 276,80 60,34
S10 3 6 590 596,60 150 276,80 60,344
D1 3 6 590 596,61 150 276,80 60,323
D2 3 6 590 596,61 150 276,80 60,322
D3 3 6 590 596,61 150 276,80 60,343
D4 3 6 590 596,61 150 276,80 60,339
D5 3 6 590 596,60 150 276,80 60,326
D6 3 6 590 596,61 150 276,80 60,34
D7 3 6 590 596,61 150 276,80 60,338
D8 3 6 590 596,61 150 276,79 60,341
D9 3 6 590 596,61 150 276,80 60,327
D10 3 6 590 596,61 150 276,80 60,321
P1 3 6 590 596,60 150 276,80 60,328
P2 3 6 590 596,60 150 276,80 60,329
P3 3 6 590 596,60 150 276,81 60,335
P4 3 6 590 596,60 150 276,81 60,337
P5 3 6 590 596,60 150 276,81 60,34
S1 4 6 590 583,11 150 246,37 58,197
S2 4 6 590 583,10 150 246,35 58,146
S3 4 6 590 583,10 150 246,37 58,168
S4 4 6 590 583,11 150 246,38 58,216
S5 4 6 590 583,12 150 246,36 58,197
S6 4 6 590 583,11 150 246,37 58,226
S7 4 6 590 583,11 150 246,38 58,246
S8 4 6 590 583,13 150 246,38 58,254
S9 4 6 590 583,12 150 246,38 58,233
S10 4 6 590 583,13 150 246,38 58,241
D1 4 6 590 583,12 150 246,38 58,233
D2 4 6 590 583,11 150 246,37 58,197
D3 4 6 590 583,09 150 246,37 58,157
D4 4 6 590 583,13 150 246,38 58,202
D5 4 6 590 583,10 150 246,37 58,147
D6 4 6 590 583,10 150 246,38 58,172
D7 4 6 590 583,10 150 246,36 58,095
D8 4 6 590 583,11 150 246,38 58,217
D9 4 6 590 583,11 150 246,38 58,206
P1 4 6 590 583,11 150 246,38 58,237
P2 4 6 590 583,13 150 246,39 58,273
