Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

GIS, GPS och handdatorer Simon Wetterlind Högskolan i Skövde.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "GIS, GPS och handdatorer Simon Wetterlind Högskolan i Skövde."— Presentationens avskrift:

1 GIS, GPS och handdatorer Simon Wetterlind Högskolan i Skövde

2 GIS, GPS och handdatorer Huvudpunkter: •Hur funkar GPS? •GPS + GIS = Handdatorer •Några möjligheter • Bild från

3 Satellitpositionering •GNSS, Global Navigation Satellit System: •GPS (USA) •GLONASS (Ryssland/Sovjet) •GALILEO (EU, 2008?)

4 GPS - bakgrund •Navstar GPS –NAVigation System with Timing And Ranging Global Positioning System •Ursprungligen för amerikanskt militärt bruk –Påbörjat 1973 –Officiellt igång 1995

5 GPS •24 (27) satelliter i 6 olika banor • km höjd •11h 58 min omloppstid •Satellitbanornas inklination 55  Lat 55 O N Lat 55 O S Ekvatorn Bildmaterial från

6 Onödig GPS-fakta •SA-störningen stängdes av 2 maj 2000 •4 atomklockor i varje satellit –Endast kvartsklockor i mottagarna •Satellitdata –Livstid för en satellit ca 8 år –Vikt ca 900 kg –Hastighet 4 km/s –Spännvidd ca 5m

7 Varför satellitpositionering? •Fri sikt mellan mätpunkter är inte nödvändigt •Kan göras när som helst på dygnet •Ger hög geodetisk noggrannhet •Kräver lite personal att genomföra inmätningar

8 Positionsbestämning med GPS •Satelliten skickar ut en signal med information om –Satellitens position (x, y, z) –Tidpunkten när signalen skickas (T 1 ) •GPS-mottagaren har en egen klocka –Vet när signalen kom fram (T 2 ) –Vilket gör det möjligt att beräkna avståndet! (x, y, z) Avstånd = s

9 Avståndsberäkningen •Den totala tiden (t) det tog för signalen att nå fram till mottagaren är T 2 -T 1 •Signalens hastighet (v) är känd •Sträckan (s) är hastigheten gånger tiden: s = vt

10 Position i 2 dimensioner med två satelliter Två möjliga positioner! Uppmätt avstånd

11 Position i 2 dimensioner med tre satelliter En möjlig position! Uppmätt avstånd

12 Position i 3 dimensioner •Sfärer istället för cirklar •Kräver (minst) 4 satelliter för att beräkna positionen! Med 3 satelliter blir det 2 möjliga punkter Bildmaterial Lantmännen PrecisionsSupport

13 Med för få satelliter •Med 3 satelliter kan vissa GPS:er gissa! •”Alternativpunkten” är oftast långt ute i rymden (alltså orimlig) •GPS:en kan utnyttja föregående kända punkter

14 Satellitgeometri Bra satellitgeometri! (låg DOP)Dålig satellitgeometri (hög DOP)

15 Satellitkonfiguration •DOP är ett mått på satellitkonfigurationens kvalitet •Dilution Of Precision (DOPs) –GDOP - Geometrisk DOP (lat, long, höjd och tidsfel) –PDOP - Positionell DOP (lat, long, höjd) –HDOP - Horisontell DOP (lat, long) –VDOP - Vertikal DOP (höjd)

16 Absolut mätning •Kräver (minst) 4 satelliter •Utrustning –en GPS-mottagare •Noggrannhet ca 20 m

17 Användningsområden •Fritidsbåtar •Enklare navigering på land •Fordonslokalisering vid godstransport •Etc

18 Störningar av GPS-signalen Atmosfärsstörningar Elektriska fält Radio- sändare Flervägsfel SA Solaktivitet Bildmaterial Lantmännen PrecisionsSupport

19 Felkällor – GPS FelkällaGPS Satellit klocka1,5 Banfel2,5 Jonosfär och troposfär5,5 Störningar i mottagaren0,3 Reflektion0,6 SA(30)* Noggrannhet Horisontell20 (100)* Noggrannhet Vertikal30 (150)* * Före

20 Med eller utan SA All data kommer från SWEPOS stationer Onsala Horisontell avvikelse med SA den 1 maj 2000 Horisontell avvikelse utan SA den 3 maj 2000

21 Vad betyder ett tidsfel? •Om mottagarens klocka går före 1 ms verkar GPS-signalen färdats 1 ms längre –Satelliten verkar ligga längre bort! –Alla avstånd blir för stora •Tidsfel skapar feltrianglar –Används för att korrigera klockan

22 Effekten av ett tidsfel Feltriangel Beräknat avstånd Verkligt avstånd

23 Relativ mätning •Mottagarens position bestäms relativt en känd punkt •DGPS, noggrannhet 0,5-2 m •RTK och nätverks-RTK, 1-3 cm •Statisk mätning (bärvågsmätning + efterberäkning), 0,5-2 cm

24 Användningsområden •Båtnavigering nära land, i hamnar, etc •Insamling av GIS-data •Mätning av terrängmodeller •Stommätning •Etc

25 DGPS 1. GPS- satellit 2. Mark- station 3. Kaknäs- tornet 3 P3/P4- sändare Bildmaterial Lantmännen PrecisionsSupport

26 DGPS-tekniken •Differentiell GPS •Minst två mottagare –Egen mottagare –Mottagare med känd position eller referensstation •Referensstationen skickar information om felet till den egna mottagaren –Efterkorrigering i mottagaren (efter 3-5 s) •Kodmätning

27 DGPS •Fördelar med DGPS +Enkel att använda +Relativt billigt +Stort täckningsområde +Okänslig för signalstörning •Problem –DGPS-täckningen –Ev. abonnemangskostnad

28 Korrektionssignal via FM- sändare 1. GPS- satellit 2. Referens- station 3. Kaknäs- tornet 4. P3/P4- sändare Bildmaterial PrecisionsSupport

29 Korrektionssignal via satellit 1. GPS-satellit 2. Referens- station 3. ESA/EGNOS- satellit Bildmaterial PrecisionsSupport

30 EGNOS •Korrigeringssignal för DGPS via satellit •3 geostationära satelliter över ekvatorn •Nätverk av markbundna referensstationer •Fungerar i Europa, över Atlanten och stora delar av Afrika •Noggrannhet 1-2 m (5 m) •Gratis!

31 EGNOS täckningsområde

32 Fel med DGPS FelkällaDGPSGPS Satellit klocka01,5 Banfel02,5 Jonosfär och troposfär0,65,5 Störningar i mottagaren0,3 Reflektion0,6 SA00 Noggrannhet Horisontell1-220 Noggrannhet Vertikal2-330

33 RTK – Real Time Kinematics •Bärvågsmätning (i realtid) •RTK med tillfällig referens •RTK med fast referens •Nätverks-RTK

34 RTK med tillfällig referens- station 1 2 3

35 •Fördelar +Effektiv och snabb teknik +Hög precision •Nackdelar –Etablera referensstationen kan vara tidsödande –Begränsad räckvidd (ca 10 km) –Stöldrisk

36 RTK med fast referens- station 1 2 3

37 •Fördelar +Behöver ej etablera referensstation +Hög driftsäkerhet +Ingen stöldrisk •Nackdelar –Begränsad räckvidd (ca 10 km) –Kräver underhåll

38 Nätverks-RTK, steg 1 Central server Referens- station Rover GPS-satelliter

39 Nätverks-RTK, steg 2 Servern tar emot positionsdata från referens- stationerna och från rovern.

40 Nätverks-RTK, steg 3 VRS Servern räknar fram en virtuell referensstation (VRS) och sänder korrigerings- information som om den hade kommit från den virtuella stationen

41 Nätverks-RTK i VG

42 Nätverks-RTK •SWEPOS •Totalt >50 referensstationer •Kontakten mellan rover och den centrala servern sker via GSM-nätet •Noggrannhet 1-3 cm •Kvalitetskontrollerad data skickas från servern •Ca 5-30 s för att mäta in en position

43 Att använda nätverks-RTK •Fördelar med nätverks-RTK +Långt avstånd mellan referensstationer +Alltid kvalitetskontrollerad data +Användaren behöver bara en GPS-mottagare +“Sömlöst” täckningsområde •Nackdelar –Kommunikation mellan rover och server är dyr –Dålig GSM-täckning

44 Täckning med RTK Nätverks-RTK RTK med enskilda stationer + = Referensstation = Täckningsområde Bildmaterial från

45 Satellitsignalen •L1: 19 cmC/A-kodP(Y)-kod •L2: 24 cmP(Y)-kod •C/A-koden är den ”valiga” GPS-signalen •P-koden är krypterad och behöver en nyckel (Y) för att kunna användas –Ger bättre noggrannhet

46 Kodmätning Tidsskillnad Signalen som genereras av GPS- mottagare Signalen från GPS- satelliten Bildmaterial från Pseudo-slump-kod:

47 Att använda kodmätning •Fördelar +Snabbt +Billigt +Okänslig för signalstörning •Nackdelar –Oexakt

48 Bärvågsmätning •RTK, nätverks-RTK •Statisk mätning •Räkna antalet svängningar eller perioder mellan satellit och mottagare –GPS-mottagaren skapas en signal som har samma frekvens som GPS-systemets bärvåg –Genom att kombinera och jämföra signalerna kan man uppnå en noggrannhet på någon cm

49 Att använda bärvågsmätning •Fördelar +Exaktare •Nackdelar –Känslig för signalstörningar –Dyrare utrustning –Tar tid (utom med RTK)

50 Vilket koordinatsystem? •WGS84 – Standard för GPS •RT90 •Lokalt system (för den egna kommunen) •Konvertering kan vara nödvändig!

51 Noggrannhet kostar Kostnad 400 kkr 2 kkr 10 m cmmm Noggrannhet Material från Olika metoder och förväntad noggrannhet: Absolut positioning, C/A-code<10 m Absolut positioning, P-code< 5 m DGPS through beacon< 2 m DGPS with local reference< 0.5 m Relative carrier phase < 0.02 m Relative carrier phase with advanced estimation technique  mm-nivå

52 Välj GPS efter behovet! Användning GPSDGPS EGNOS DGPS Abonnemang 1 RTK Mäta in en yta****** Sprida gödning eller kalk efter styrfil***** b Hitta tillbaka till en inmätt punkta****** Skördekartering**** b Guidning 2 a***** Autopilot 2 a****** Detaljerad höjdmätningaaa*** Pris på GPS 3 (från)>1.000:->2000:->15.000:->80.000:- a = Mindre lämplig, b = Onödigt avancerad för ändamålet * = Fungerar för denna användning, men noggrannheten kan variera, ** = Lämplig för denna användning, *** = Perfekt anpassad för denna användning Källa: Växtpressen, juni 2004 Mats Söderström

53 Vad är det som kostar? •Klockans noggrannhet •Antalet satelliter som GPS:en kan ta in samtidigt •Mjukvara i GPS:en (t ex för DOP- beräkning, användargränssnitt etc) •Extra hårdvara (radiomottagare etc) •Hållbarhet (slitage, vattentålighet etc)

54 Att tänka på! •Fri sikt! (Mycket horisont främst i söder) •Minst 4 satelliter •Satellitkonfigurationen (DOP-värdena) •Risken för flervägsfel/multipathing •Vinkeln (vid bärvågsmätning) •Tillräcklig logg-tid (vid bärvågsmätning)

55 GPS + handdator? •GPS-mottagare saknar (oftast) GIS-möjligheter •Använda handdatorn som –GPS-mottagare –GIS-hjälpmedel/programvara –GSM/radio-länk (t ex via bluetooth)

56 GPS + handdator + GIS •Bakgrundsbild (karta/shapefil, flygfoto etc) •Lagra geografiska data •Lagra attributdata •Visualisera geografiska data •Granska data •Ändra/editera data •Andra (enklare) GIS-operationer

57 Exempel på applikationsområden •Inom jordbruket –Precisionsodling •Inom turism •Inom kulturmiljö •Naturvård •Parkförvaltning •Brandkår/ambulans •Etc

58 Jordbruket •Markkartering - koordinatsätta provtagningspunkter –För att kunna skapa interpolerade kartor –För att kunna återupprepa provtagningen på samma plats •Skördekartering –Skördetröska med GPS och dator •Markkonduktivitet (lerhalt) med EM-38

59 EM38 med DGPS Bildmaterial Lantmännen PrecisionsSupport

60 Turism •Koordinatsätta turistattraktioner •Mäta in vandringsleder •Hyra ut handdator + GPS med digital turistkarta

61 Tack till •Mats Söderström •Lantmännen PrecisionsSupport •

62 Dags att prova på!


Ladda ner ppt "GIS, GPS och handdatorer Simon Wetterlind Högskolan i Skövde."

Liknande presentationer


Google-annonser