Измерванията в реално време с GPS приемници спестяват много време и средства на геодезистите. Няма спор, че при сегашното реализирано покритие на България с мрежа от референтни GPS станции, производителността на работа се повишава значително. Различните оператори на GPS услуги описват в своите рекламни брошури невероятна точност на услугите, надвишаващи теоретично възможната за приемниците. Наистина ли обаче можем да се доверим на красивите обещания или има нещо, което ни се спестява? Това е въпросът, чиито отговор трябваше да намеря за себе си чрез това изследване.
За да не останете с погрешно впечатление, още в началото искам да кажа, че без мрежа от референтни GPS станции и операторите, които ги поддържат, въобще не си представям работата на геодезистите в мащабите, в които ги познаваме. И все пак можем ли да очакваме изненади?
- Цел на изследването
Изследването, проведено на 06.01.2011 г., има за цел проверка на точността, постигана чрез статични и RTK измервания, използвайки мрежа от референтни станции. Резултатите и анализите са валидни за конкретното място и време на измерване и не претендират за цялостна оценка на мрежата.
- Използвани инструменти, условия на измерване и софтуер за обработка на данните.
За измерванията са използвани следните инструменти:
- GPS Sokkia GSR 2700 ISX, Internal GPRS
- Allegro CX Juniper
Софтуер:
- Sokkia SDR+ Pro Version 8.1.1 (21340)
- Sokkia Spectrum Survey 4.23
Условия на измерване:
- Особености на релефа
За проверка на точността е избрана TT8421 от ДГМ, която се намира в района на с. Кошарево, област Перник. Точката е разположена на хълм, далеч от източници на радиосмущения, растителност и сгради.
- Климатични условия
По време на измерването климатичните условия за района се характеризират със следните параметри:
Температура на въздуха: -3 °C
Атмосферно налягане: 921 hPa
Влажност на въздуха: 89 %
Облачност: Плътна
Вятър: Тихо
- Положение на GNSS спътниците
На следващите схеми е дадена планираната позиция и броят на видимите сателити GPS+GLONASS при маска 15° за района на TT8421.
Планиране на измерването
- Радиопокритие
Според картата на GSM/GPRS услугата, предоставена от M-TEL, за района е осигурено пълно покритие. Радиовидимостта от TT8421 е показана на следващата схема
Освен покритието от TT8421, означено с червен цвят, е дадена още една точка RTK_2, чието покритие е означено със син цвят. Това е мястото, от което за повече от 45 минути опити успях да заснема с RTK едва няколко точки, но за това ще стане дума в следващите точки от анализа.
- Статични GPS измервания.
Статичните GPS измервания са с продължителност 59.17 минути, като при последващата обработка това време е намалявано многократно с цел проверка работоспособността на мрежата. Схемата на измерванията с три виртуални станции не е единствената, която беше осъществена, но като най-използвана, основният фокус беше върху нея. При доверителен интервал от 95% и стандартни тежести (dX,dY,dZ)=10 mm резултатите от изчисленията са отлични, за мрежи от референтни станции като изследваната.
Дадени координати:
N=******3.983 m E=*****0.096 m Hel.= **7.142 m
Изравнени координати, схема 3 виртуални станции:
N=******3.991 m E=*****0.099 m Hel.= **7.165 m
Получени разлики: dN=0.008 m; dE=0.003 m; dHel.=0.023 m.
Наблюдавани GNSS сателити
С чисто опитна цел координатите на TT8421 бяха изчислени от различни комбинации на виртуални и реални референтни станции, като при всички тях резултатите бяха напълно покриващи изискванията за точност, дори при периоди на наблюдение от порядъка на 15 минути.
- RTK измервания
RTK измерванията са правени при следните настройки на контролера:
Elevation mask: 10°
RTK link device: Intenal GPRS cell
Protocol: NTRIP
Correction format: RTSM v.3
Send GPGGA: Every 5 secconds
За постигане на максимална точност, подобно на статичните измервания, RTK измерванията бяха проведени с монтиран на тринога GPS приемник. Самите измервания бяха извършени на три етапа, като първият и третият етап статистически са обработени съвместно.
- RTK измерване 1 (11:14 ч.-11:32 ч.)
Непосредствено след приключване на статичните измервания, чрез RTK беше заснета точка TT8421. След това в режим Continuous Topographic с период на запис 10 секунди в продължение на 17 минути са заснети около 100 точки. През този период нямаше индикации за прекъсване на сигнала с RTK корекциите.
- RTK измерване 2 (12:13 ч.-12:15 ч.)
Вторият етап се състоя в района преди с. Горна секирна. Приблизителните координати на мястото са N42 40 21.4 E22 41 52.1. За съжаление при опити от над 45 минути, едва за 2 минути се появяваше някакъв сигнал с RTK корекции, без да може реално да се заснеме участък от пътя. Вероятно планинската местност и предполагаемата липса на GPRS покритие са проблема, но за съжаление няма как да се установи точната причина за този неуспех.
- RTK измерване 3 (12:39 ч.-13:35 ч.)
Третият етап на измерването включваше отново измерване в RTK режим на точка TT8421, като инструментът бъде поставен на тринога. Продължителността на измерването беше около 56 минути при запис на отчети на всеки 30 секунди. През този период бяха отбелязани 7 прекъсвания на RTK корекциите от мрежата, като общата продължителност на прекъсванията беше 4 мин. 24 сек.
- Оценка на точността
Оценката на точността е на база 203 измерени точки през първият и третият период на RTK теста. Като основа за сравнение са използвани дадените координати на TT8421. Изчислените средно аритметични координати се доближават максимално до реалните координати на TT8421, но размахът на грешката (range) буди известно притеснение.
Статистически оценки – RTK измерване
|
Параметър |
dN [m] | dE [m] | dZ [m] | dNEZ [m] |
| Min | -0.044 | -0.014 | -0.138 | 0.004 |
| Max | 0.040 | 0.031 | 0.042 | 0.144 |
| Median | -0.007 | 0.003 | -0.004 | 0.029 |
| Average | -0.006 | 0.005 | -0.014 | 0.038 |
| Range | 0.084 | 0.045 | 0.180 | 0.140 |
На следващите графики максимално подробно е изобразена грешката при RTK измерванията с цел правилна интерпретация на резултатите.
Хоризонтална и вертикална грешка
Хистограми на грешките в хоризонтално
и вертикално направление
Повърхнина на грешките
От графиките става ясно, че най-голямото отклонение в координатите на измерваните точки от TT8421 не е обвързано във времето с прекъсването на RTK корекциите от мрежата.
- Обобщение
Направените тестове показва, че мрежата от референтни станции и предоставените GNSS услуги отговарят на изискванията за точност на статичните измервания. При RTK измерванията, въпреки сложността на задачата като цяло, трябва да се потърсят факторите, увеличаващи грешката над допустимото ниво. За всяка отделна задача това допустимо ниво е различно, но при така получените резултати, броят на задачите, при които може да се ползва RTK услугата на мрежата от референтни станции не е голям.
Въпреки условията на измерване, близки до идеалните, постигнатите точности за RTK услугата са над 5-6 пъти по-високи от обявените в сайта на оператора. Наистина, като осреднен резултат координатите се доближават достатъчно точно до истинските координати на TT8421, но потребителят извършва измерването по различно време на денонощието, при различни метеорологични условия и трябва да има реална представа за постиганите точности.
Най-неприятното в случая е факта, че по никакъв начин контролерът не е дал индикация по което и да е време на измерването, че точността е влошена с повече от 0.050 м.. Поради тази причина, при използване на RTK услуги от оператори и бих казал въобще RTK измервания, трябва да се има предвид, че нещата не винаги са такива, каквито изглеждат. При това изследване нямам необходимата информация за да мога да посоча причината за тези големи отклонения. Струва ми се, че дори да имах тази информация, разпространението на радиосигнали в космоса и атмосферата е толкова сложно да се опише математически, че едва ли бих могъл да определя истинската причина. И все пак ако за няколко часа успях да установя такива грешки, какво остава за няколко месеца измервания?
В установените грешки всъщност няма нищо ненормално и страшно, просто когато нещо „не излиза“ в нашата работа, GPS измерванията не трябва да се приемат за безгрешни а да се знае, че грешка може да има и в тях и при нужда те да се извършат отново при по-благоприятни условия.
Януари 2011 г.
София
Geo Mapix 