Nr 46 INĩYNIERIA ĝRODOWISKA 2017
Grzegorz Oleniacz, Izabela Skrzypczak, Tomasz ĝwiĊtoĔ
*DOKŁADNOĝû POMIARU RTN ODBIORNIKIEM
SEPTENTRIO ALTUS NR2
S t r e s z c z e n i e
Przeprowadzona seria testów odbiornika GNSS Septentrio Altus NR2 umoĪliwiła okreĞlenie rzeczywistych dokładnoĞci pomiaru RTN. Wielokrot- nie powtarzane pomiary pozwoliły na oszacowanie dokładnoĞci w zaleĪno- Ğci od wykorzystanego systemu nawigacji satelitarnej (wyłącznie GPS oraz połączone GPS i GLONASS), czasu pomiaru na stanowisku oraz warunków panujących na stanowisku związanych z przesłoniĊciem horyzontu przez przeszkody terenowe (zaroĞla). Rezultaty badaĔ wskazują na brak zaleĪno- Ğci pomiĊdzy zastosowaną technologią pomiaru a uzyskiwanymi dokładno- Ğciami oraz istotny wpływ warunków panujących na stanowisku na wyniki pomiarów.
Słowa kluczowe: GPS, GLONASS, GNSS, Septentrio
WSTĉP
W chwili obecnej wykonawcy prac geodezyjnych mają szeroki wybór modeli odbiorników GNSS róĪnych firm. WciąĪ jednak pojawiają siĊ nowe urządzenia.
Jednym z takich, stosunkowo nowych modeli jest Septentrio Altus NR2 pozwa- lający na wykonywanie dwuczĊstotliwoĞciowych pomiarów GNSS w dwóch sys- temach: GPS i GLONASS. Deklarowane przez producenta dokładnoĞci pomiaru w trybie RTK wynoszą 0.6 cm + 0.5 ppm dla pomiarów horyzontalnych oraz 1 cm + 1 ppm dla pomiarów wysokoĞci. Producent nie podaje dokładnoĞci po- miaru w trybie RTN co wydaje siĊ naturalne - dokładnoĞü ta zaleĪy w duĪym stopniu od konstrukcji samej sieci stacji referencyjnych. Tym samym moĪna przyjąü, Īe jest to odbiornik Ğredniej klasy, którego parametry odpowiadają urzą- dzeniom stosowanym powszechnie w wykonawstwie geodezyjnym.
* Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa InĪynierii ĝrodowiska i Architektury, Zakład Geodezji i Geotechniki
horyzoncie, charakteryzujących siĊ bardzo dobrymi warunkami dla przeprowa- dzenia pomiarów satelitarnych. W pobliĪu tych punktów brak jest jakichkolwiek przeszkód terenowych, w tym budynków o wysokoĞci mogącej stanowiü poten- cjalną przeszkodĊ dla sygnału GNSS. Kolejne trzy punkty, oznaczone literami D, E, F zostały zlokalizowane w terenie trudnym do pomiaru, gdzie horyzont został w róĪnym stopniu przesłoniĊty zaroĞlami oraz niskimi drzewami. Pomiary zo- stały przeprowadzone w paĨdzierniku 2015 roku ale mimo to, wiĊkszoĞü drzew wciąĪ nie zrzuciła liĞci co stanowiło potencjalne utrudnienie dla rejestracji sy- gnałów satelitarnych. Na rys. 2 znajdują siĊ zdjĊcia horyzontu wykonane obiek- tywem typu „rybie oko” co pozwala oceniü stopieĔ przesłoniĊcia horyzontu na poszczególnych punktach.
Rys. 1. Rozmieszczenie punktów testowych na tle ortofotomapy Fig. 1. Localization of test points on ortophoto background
Rys. 2. WidocznoĞü horyzontu na punktach D, E, F Fig. 2. Horizon visibility on points D, E, F
METODYKA BADAē
Na kaĪdym z testowych punktów oĞmiokrotnie podjĊto próbĊ powtórzenia se- rii pomiarów RTN przy wykorzystaniu serwisu Małopolskiego Systemu Pozy- cjonowania Precyzyjnego. Próby podejmowano w ciągu trzech dni pomiarowych, o róĪnych porach dnia. Na punktach o trudnych warunkach pomiarowych (D, E, F), ze wzglĊdu na ograniczoną widocznoĞü horyzontu nie zawsze moĪliwa była inicjalizacja odbiornika. W takiej sytuacji, po trzykrotnej próbie inicjalizacji re- zygnowano z pomiaru. Dla kaĪdego z punktów udało siĊ przeprowadziü co naj- mniej szeĞü kompletnych serii pomiarowych.
W ramach kaĪdej z serii pomiar został powtórzony szeĞciokrotnie, przy czym kaĪdorazowo zmieniano czas pomiaru RTN (5, 15, 30 sekund) oraz technologiĊ (odpowiednio GPS i GPS+GLONASS). PrzyjĊto zasadĊ, Īe pomiary wykony- wane są tylko w sytuacji gdy współczynnik PDOP jest mniejszy od szeĞciu [MSWiA 2011] a odbiornik wskazuje na rozwiązanie typu „fixed”. Antena była kaĪdorazowo centrowana na punkcie przy pomocy tyczki z libellą i podpórkami.
F
D E
mimo przesłoniĊcia horyzontu przez zaroĞla, odbiornik rejestrował sygnał wiĊk- szoĞci, potencjalnie dostĊpnych do pomiaru satelitów. Stąd parametry pomiaru:
Ğrednia iloĞü satelitów na kaĪdym z punktów (rys. 3) oraz związana z tym wartoĞü współczynnika PDOP (rys. 4) są tylko nieznacznie gorsze na punktach o trudnych warunkach pomiarowych (D, E, F) niĪ na punktach o warunkach optymalnych (A, B, C). NiezaleĪnie od tego czy wykorzystano sygnał sytemu GLONASS za- równo iloĞü satelitów jak i ich rozmieszczenie (PDOP) z nawiązką wystarczało do wykonania pomiaru.
W oparciu o współrzĊdne bĊdące wynikiem kaĪdego z wielokrotnie powtó- rzonych pomiarów obliczono błąd Ğredni kwadratowy okreĞlenia współrzĊdnych płaskich (w układzie 2000) oraz wysokoĞci elipsoidalnej dla wyników pomiarów w zaleĪnoĞci od przyjĊtej technologii pomiaru. Analiza rezultatów (rys. 5) wska- zuje, Īe zarówno dla współrzĊdnych płaskich, jak i wysokoĞciowych wybór tech- nologii praktycznie nie wpływa na dokładnoĞü pomiaru. Rzeczywista dokładnoĞü pomiaru wynosi około 2,5 cm dla współrzĊdnych płaskich i około 3 cm dla wy- sokoĞci, niezaleĪnie od tego czy podczas pomiaru wykorzystywany był system GLONASS. WartoĞci te mieszczą siĊ w zakresach deklarowanych przez admini- stratorów systemów oferujących poprawki RTN [Wajda S. i in. 2008] i pokry- wają siĊ z przeprowadzonymi wczeĞniej doĞwiadczeniami [UznaĔski 2010].
Obliczono równieĪ Ğredni błąd wyznaczenia współrzĊdnych w zaleĪnoĞci od przyjĊtego czasu pomiaru (rys. 6). Wydaje siĊ, Īe wzrost dokładnoĞci pomiaru wraz z wydłuĪeniem czasu pomiaru jest bardzo niewielki i nie ma praktycznego znaczenia. NiezaleĪnie od tego czy pomiar trwał 5 czy 30 sekund dokładnoĞci były zbliĪone.
Bardziej zróĪnicowane rezultaty moĪna dostrzec analizując błĊdy Ğrednie po- miaru, uzyskane na kaĪdym ze stanowisk (rys. 7). Widoczna jest znaczna róĪnica w dokładnoĞci współrzĊdnych uzyskanych na punktach o dobrych i utrudnionych warunkach pomiarowych. DokładnoĞü wyznaczenia współrzĊdnych na punktach A, B, C wynosi odpowiednio: poniĪej 1 cm dla współrzĊdnych płaskich i około 1.5 cm dla wysokoĞci. W przypadku punktów D i F dokładnoĞci te są znacznie niĪsze: oscylują od 1 do ponad 2 centymetrów dla współrzĊdnych horyzontalnych i osiągają wartoĞü ponad 4 cm dla wysokoĞci.
Rys. 3. ĝrednia iloĞü satelitów widoczna z kaĪdego z stanowiska Fig. 3. Average amount of satellites visible from every point
Rys. 4. ĝrednia wartoĞü PDOP na kaĪdym punkcie Fig. 4. Average PDOP value on every point
Rys. 5. Błąd Ğredni pomiaru w współrzĊdnych płaskich (mXY) i wysokoĞci (mH) w zaleĪnoĞci od wykorzystanej technologii
Fig. 5. Mean square error of horizontal (mXY) and vertical (mH) measurements in function of technology
Rys. 6. Błąd Ğredni pomiaru w współrzĊdnych płaskich (mXY) i wysokoĞci (mH) w zaleĪnoĞci czasu pomiaru
Fig. 6. Mean square error of horizontal (mXY) and vertical (mH) measurements in function of measurement duration
Szerszego wyjaĞnienia wymagają bardzo niskie dokładnoĞci pomiaru otrzy- mane na punkcie E. W zaleĪnoĞci od przyjĊtej technologii błąd wynosił ponad 9 cm dla współrzĊdnych X,Y i ponad 11 cm dla pomiarów wysokoĞci. GłĊbsza analiza danych Ĩródłowych wskazała, Īe tak słabe rezultaty są wynikiem błĊdnej inicjalizacji odbiornika. Inicjalizacja była wykonywana jednorazowo przed kaĪdą serią szeĞciu pomiarów obejmującą pomiar dwiema technologiami i dla trzech czasów pomiaru. Tym samym jednorazowa, błĊdna inicjalizacja odbior- nika spowodowała uzyskanie współrzĊdnych przesuniĊtych o ponad dwadzieĞcia centymetrów w stosunku do Ğredniej ze wszystkich pomiarów. JednoczeĞnie, w praktyce uĪytkownik nie jest w stanie, bez pomierzenia wielkoĞci kontrolnych oceniü czy inicjalizacja odbiornika jest poprawna. Jedynymi parametrami do- kładnoĞciowymi prezentowanymi przez odbiornik bezpoĞrednio w terenie są wartoĞci PDOP i RMS (rys. 8) który informuje o precyzji pomiaru a nie jego dokładnoĞci [UznaĔski A. 2012].
Analizując powyĪsze dane trudno dostrzec wyraĨną korelacjĊ pomiĊdzy fak- tem wykorzystania systemu GLONASS a dokładnoĞcią pomiaru. Wydaje siĊ, Īe wpływ wyboru technologii jest marginalny niezaleĪnie od warunków panujących na punkcie. Mimo to, istotną zaletą stosowania technologii GLONASS, niewi- doczną na zaprezentowanych w tej publikacji zestawieniach a zaobserwowaną podczas przeprowadzonych testów była łatwiejsza inicjalizacja odbiornika w trudnych warunkach pomiarowych. Wielokrotnie inicjalizacja przy wykorzy- staniu wyłącznie systemu GPS na punktach D, E, F nie była moĪliwa podczas gdy zastosowanie obydwu systemów równoczeĞnie pozwalało na wykonanie po- miaru.
Rys. 7. Błąd Ğredni pomiaru w współrzĊdnych płaskich (mXY) i wysokoĞci (mH) dla róĪnych technologii na kaĪdym punkcie
Fig. 7. Mean square error of horizontal (mXY) and vertical (mH) measurements for various technology on every point
Rys. 8. ĝrednie wartoĞci RMS2D i RMS1D otrzymane z odbiornika na kaĪdym z punktów
Fig. 8. RMS2D and RMS1D values obtained directly from receiver on every point
WNIOSKI
Wyniki przeprowadzonych testów pozwalają na sformułowanie pewnych wniosków dotyczących pomiarów odbiornikiem Septentrio Altus NR2:
ŵ
ŵyz'W^
ŵ,'W^
ŵyz'W^н'>K ŵ,'W^н'>K
pomiarowych.
3. Wykonywanie pomiarów w trudnych warunkach obniĪa dokładnoĞü uzyski- wanych wyników jednak w zasadzie mieszczą siĊ one w zakresach dokładno- Ğciowych deklarowanych przez administratorów sieci stacji referencyjnych - pod warunkiem poprawnej inicjalizacji odbiornika.
4. BłĊdna inicjalizacja odbiornika powoduje znaczący spadek dokładnoĞci po- miaru (kilkadziesiąt centymetrów). Istotnym problemem jest brak moĪliwoĞci oceny poprawnoĞci wyników bezpoĞrednio na stanowisku co uzasadnia ko- niecznoĞü stosowania miar kontrolnych lub powtórzenia pomiaru.
LITERATURA
1. MSWiA; 2011. Rozporządzenie Ministra Spraw WewnĊtrznych i Administra- cji z dnia 9 listopada 2011 r. w sprawie standardów technicznych wykonywa- nia geodezyjnych pomiarów sytuacyjnych i wysokoĞciowych oraz opracowy- wania i przekazywania wyników tych pomiarów do PZGiK, Dziennik Ustaw Nr 263, Poz 1572.
2. UznaĔski A.; 2010. Analysis of RTN Measurement Results Referring to ASG- EUPOS Network, Geomatics And Environmental Engineering, Volume 4, Number 1/1, 2010.
3. UznaĔski A.; 2012. Analiza precyzji i dokładnoĞci pozycjonowania punktów na bazie serwisu nawgeo systemu asg-eupos, Infrastruktura I Ekologia Tere- nów Wiejskich, Nr 1/II/2012, Polska Akademia Nauk, Oddział w Krakowie, s. 67-77, Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi.
4. Wajda S., Oruba A., LeoĔczyk M. 2008. Technical details of establishing ref- erence station network ASG-EUPOS, Geoinformation Challenges, GIS Polo- nia 2008 Conference Proceedings, University of Silesia, Sosnowiec 2008.
ACCURACY OF RTN MEASUREMENT IN VARIOUS MEASUREMENT CONDITIONS
S u m m a r y
Series of GNSS receiver tests allowed to determine real accuracy of RTN measurements. Repeated measurements allowed to estimate accuracy in function of used navigation satellite system, duration of measurements and field conditions on measurement site which are related to horizon visibility by obstacles (bushes). Research results indicate no dependency between the technology used and the measurement accuracies obtained and signif- icant impact of the conditions on set-up on the measurement's results.
Key words: GPS, GLONASS, GNSS, Septentrio
