Möte i SWEPOS referensgrupp Stockholm, 17 oktober 2007 Diverse information Möte i SWEPOS referensgrupp Stockholm, 17 oktober 2007

Dan Norin Lantmäteriet, Informationsförsörj-ning Geodesi, 801 82 Gävle Tfn: 026-63 37 45 Fax: 026-61 06 76 dan.norin@lm.se www.lantmateriet.se www.swepos.com

Innehåll Översiktlig presentation av genomförda examensarbeten Genomförd revidering av ”Kortmanual för mätning med SWEPOS Nätverks-RTK-tjänst” Behov av lokala stompunkter i framtiden Diskussionsunderlag

Innehåll Översiktlig presentation av genomförda examensarbeten Genomförd revidering av ”Kortmanual för mätning med SWEPOS Nätverks-RTK-tjänst” Behov av lokala stompunkter i framtiden Diskussionsunderlag

Examensarbeten LMV-Rapport 2007:1 En nätverks-RTK-jämförelse mellan GPS och GPS/Glonass Fredrik Johnsson och Mattias Wallerström från Högskolan i Gävle LMV-Rapport 2007:8 Jämförelse av distributionskanaler för projektanpassad nätverks-RTK Daniel Halvardsson och Joakim Johansson från Högskolan Väst i Trollhättan LMV-Rapport 2007:12 Test and Evaluation of SWEPOS Automated Processing Service Jesper Ivarsson från KTH i Stockholm

2007:1 720 mätningar/teknik Skog (mest tall)

Antal lyckade mätningar Antal misslyckade mätningar   Typ av teknik Punkt A Punkt B Punkt C Punkt D Punkt E Punkt F Alla punkter Antal lyckade mätningar GPS/GLONASS 90 80 88 155* 129* 632 GPS 86 87 142* 95* 580 Antal misslyckade mätningar 10 2 14/11(1)** 51 77/11 (1)** 4 3 28/10 (0)** 84/1 (1)** 129/11 (1)** Lyckande- grad 100 % 89 % 98 % 86/91 %*** 72 % 88/89 %*** 96 % 97 % 79/84 %*** 53/53 %*** 81/82 %*** *På punkt E och F gjordes dubbelt så många mätningar ** Överskred fixtidsgränsen/Borttagna (varav ”Outliers”) ***Andel av samtliga mätningar/Andel av ej borttagna mätningar

Avvikelser i plan 15 30 Kvalitetsvärden (mm) i plan för de olika punkterna

Avvikelser i höjd Kvalitets- termer Typ av teknik Punkt A Punkt B Punkt C Punkt D Punkt E Punkt F Alla punkter 68% GPS/GLONASS 19 27 18 21 26 23 GPS 17 32 14 12 24 95% 46 47 42 33 56 52 55 30 43 Precision 22 16 20 Noggrannhet 25 31 Medelavvikelse 1 4 10 13 8 -4 -1 -2 7 20- 25 45 Kvalitetsvärden (mm) i höjd för de olika punkterna

Initialiseringstider

Slutsatser De extra GLONASS-satelliterna tillför en klar fördel när det gäller möjligheten att mäta i störda miljöer När det gäller initialiseringstid så är dessa kortare för GPS/GLONASS GLONASS-satelliterna ger inte någon förbättring av positionsnoggrannheten För de olika fabrikaten konstateras att precisionen är likvärdig i både plan och höjd för alla tre märken. Leica har dock högst lyckandegrad

Slutsatser Den stora praktiska nyttan i fält med de extra GLONASS-satelliterna är att arbetet inte behöver anpassas efter satellitprediktionerna, eftersom det finns tillräckligt med satelliter dygnet runt När Galileo och eventuellt Compass blir operativt kommer mätning att möjliggöras på platser som i dagsläget är omöjliga, exempelvis i stadskärnor med tät och hög bebyggelse

2007:8 470 mätningar/teknik Öppna punkter utom en Jämförelse av radio och GPRS

Avvikelser i plan och höjd Kvalitets-termer Distributions- teknik Radiellt Höjd Riktighet GPRS 4 Radio 7 Precision 11 15 13 Noggrannhet 12

Distributions-teknik Distributions-teknik Initialiseringstider och antal satelliter Kvalitetsterm Distributions-teknik Samtliga punkter 68 % GPRS 23 Radio 9 95 % 36 20 Medeltal 24 10 Typvärde 21 7 Längsta initialiseringstid 158 135 Kvalitetsterm Distributions-teknik Samtliga punkter Medeltal antal GPS-satelliter GPRS 7 Radio Medeltal antal GLONASS-satelliter 3 Max/min antal satelliter GPS 10/5 Max/min antal satelliter GLONASS 6/0 5/0

Ålder för och % överförda RTK-data GPRS: 0,5-1 sek på 75 % av mätningarna Radio: 0,5-1 sek på nästan samtliga mätningar

Slutsatser Ingen betydelse av teknikval avseende mätresultat Båda teknikerna klarar förväntade värden för projektanpassningen GPRS hade mer anslutningsproblem än radio som dock hade lägre procent överförda data Med projektanpassning av nätverks-RTK når GNSS-mätning nivåer som tidigare endast var möjligt med t.ex. totalstation

2007:12 Testberäkningar av 34 punkter i SWEPOS Beräkningstjänst Riktlinjer ingen antydan om att de nu använda gränsvärdena bör ändras Eventuell utökning med ytterligare en kvalitetsparameter med tillhörande gränsvärde RMS från ”sanna värden” 19 mm i plan och 37 mm i höjd 15 resp. 30 mm då dåliga och mindre bra punkter togs bort

Innehåll Översiktlig presentation av genomförda examensarbeten Genomförd revidering av ”Kortmanual för mätning med SWEPOS Nätverks-RTK-tjänst” Behov av lokala stompunkter i framtiden Diskussionsunderlag

LMV-Rapport 2006:2 Översiktlig fälthandledning för mätning med SWEPOS Nätverks-RTK-tjänst Trycktes i mars 2006 Utgåva 2 med några mindre kompletteringar i januari 2007 Begränsat syfte

Innehåll Kapitel 1: Introduktion och syfte med denna manual Kapitel 2: Utrustning Kapitel 3: Dataflöde för tjänsten Kapitel 4: Konfigurering Kapitel 5: Förberedelse för mätning Kapitel 6: Mätning

Innehåll, forts. Kapitel 7: Parametrar att beakta under mätning Kapitel 8: Kontroll genom inmätning av punkt med känd position Kapitel 9: Kontrollinmätning av objekt Bilaga 1: Råd för parametrarna Bilaga 2: Checklista för felsökning vid kontakt med SWEPOS-driften

Utgåva 2 Kapitel 2: Vissa förtydliganden och tillägg Kapitel 4: Vissa förtydliganden och omformuleringar Antenntyp ej ändrat Kapitel 6: En del omstrukturering Bilaga 2: Ny, checklistan

Testmätningar med nätverks-RTK Ungefärliga avvikelser från känd position i SWEREF 99 Plan 68 %: 15 mm Plan 95 %: 30 mm Höjd 68 %: 20-25 mm Höjd 95 %: 45 mm Presenterat vid SWEPOS-seminariet 18 oktober 2005

Sammanställning 2005 2007:1 2007:8 Plan 68 %: 15 mm 14 mm 8 mm 2005 2007:1 2007:8 Plan 68 %: 15 mm 14 mm 8 mm Plan 95 %: 30 mm 27 mm 21 mm Höjd 68 %: 20-25 mm 19 mm 12 mm Höjd 95 %: 45 mm 43 mm 25 mm

Största avvikelser (3D) 2007:1 2007:8 1: 3275 mm 159 mm - 5 sat., lång fixtid, skog -Högt 3D-kvalitetstal (89 mm) 2: 83 mm 155 mm - Lång fixtid 3: 73 mm 60 mm

LMV-rapporter LMV-rapporterna finns på www.lantmateriet.se/geodesi Även LMV-Rapport 2007:11 (”Introduktion till GNSS”)

Innehåll Översiktlig presentation av genomförda examensarbeten Genomförd revidering av ”Kortmanual för mätning med SWEPOS Nätverks-RTK-tjänst” Behov av lokala stompunkter i framtiden Diskussionsunderlag

Geodetisk mätningsteknik i satellitåldern … …… eller ”Hur bör man se på stomnät och detaljmätning – när det mesta görs med GNSS-teknik och RTK?” bengt.g.andersson@lm.se lars.e.engberg@lm.se dan.norin@lm.se clas-goran.persson@lm.se

Hur gjorde man förr? Stomnäten indelades i ordningar De bestämdes med längd- och vinkelmätning Närnoggrannheten var viktigast och var och en skötte sitt Det var optimalt utifrån användarnas krav och den tidens tekniska möjligheter

Hur gör man i dag? De lokala systemen ersätts av nationella och t.o.m. globala referenssystem Det ger en enhetlighet, som förenklar genomförandet av t.ex. stora infra-strukturprojekt med höga ”fjärrnoggrann- hetskrav” Det möjliggör även ett effektivare utnyttjande av satellittekniken, som i dag till stor del ersätter den traditionella Vi mäter direkt i de nya, övergripande referenssystemen – utan stomnäts- förtätning

Syfte Det här är en första version av ”Råd och dåd för modern mätningsteknik” Under hösten 2007 kommer materialet att förädlas – genom externa seminarier och interna analyser inom Lantmäteriet Slutmålet är en HMK-liknande skrift som underlag för vår rådgivning och kommunernas mätningsverksamhet Målgrupp är stomnätsägare och proffsanvändare t.ex. på kommunala mätningskontor

? Frågeställningar Vi försöker bl.a. att besvara följande frågor: Hur ska vi använda satellittekniken på ett optimalt sätt? Hur mycket av det gamla gäller fortfarande? Behövs markerade stomnät i framtiden? I så fall, vilka krav ställs och vilken punkttäthet behövs? Hur utformas kontroller? ?

”Grundbultar” från förr … Noggrannhet och kontrollerbarhet Överbestämning, t.ex. dubbelmätning (mest för att öka kontrollerbarheten, inte noggrannheten) Interpolation, inte extrapolation Enhetliga och beprövade metoder Dokumentation (för andra men även för Dig själv – Du glömmer fortare än Du tror) ”Ordning och reda” i det stora hela Gamla mätningar är vanligen bra men inte alltid koordinater och höjder … som fortfarande gäller!

”Dagens” teknik Mer komplex Lockar nya grupper Starkt fabrikatberoende – utan mätningsbakgrund – större supportbehov Starkt fabrikatberoende ”Black box”-teknik

Höjdmätning med GNSS-teknik … har bl.a. följande begränsningar: Begreppet ”höjd” är en geofysisk företeelse, där precisionsavvägning fortfarande är en oslagbar mätmetod GNSS är dock geometriskt orienterad. Därför ger GNSS ”fel” sorts höjd – höjden över ellipsoiden i stället för höjden över geoiden… … och en geoidmodell krävs för omvandling mellan dem N H h Jordyta Geoid Ellipsoid

Höjdmätning med GNSS-teknik, forts Det saknas en fysisk höjdreferens på antennen Flera felkällor slår hårdare i höjd än i plan Totalt sett brukar man anta att σhöjd ≈ 2σplan samtidigt som kravet i höjd ofta är högre än i plan Sammantaget bör referenssystemen i plan och höjd även fortsättningsvis hanteras var för sig och de precisionsavvägda fixarna i RH 2000 vara bärarna av höjdsystemet

Höjdmätning med GNSS-teknik, forts Trots att SWEREF 99 innehåller en höjdkomponent ska den bara användas för att åstadkomma ”brukshöjder” Vissa tillämpningar kräver avvägning och stomnät i höjd även i framtiden! Höjderna lämnas därmed åt sidan!

Stomnät för planmätning Riksnät Riksnät klass 1 pkt Riksnät klass 2 pkt SWEPOS klass A stn SWEREF + RIX 95 pkt SWEPOS klass A stn SWEPOS klass B stn 2:a ordn. triangelnät 3:e ordn. triangelnät 1:a ordn. polygonnät 2:a ordn. polygonnät Detaljtåg / Fri station Behovsanpassad förtät- ning med statisk GNSS, (t.ex. m.h.a. SWEPOS beräkningstjänst) Kommu- nala nät Detalj- mätning Detaljmätning: Tot.stn./(RTK) Detaljmätning: (Tot.stn.)/RTK Detaljmätning: Nätverks-RTK Vilka stomnät förekommer på nationell och kommunal nivå? KLICK Vi har sedan tidigare ett passivt riksnät, som i de flesta delar av landet är förtätat till ca 10 km (klass 1 och 2). Det har sedan förtätats i flera ordningar i kommunala nät så att detaljmätning kan göras från ett tätt bruksnät. SWEREF 99 realiseras genom de 21 klass A-stationerna i SWEPOS, som är ett aktivt nät. Det finns även ett passivt riksnät i form av SWEREF-punkter och RIX 95-punkter, ned till ca 5 km täthet i stora delar av landet. Ibland kan man detaljmäta direkt från RIX 95-punkter men oftast krävs en förtätning som kan göras med statisk GPS-mätning från RIX 95-nätet eller direkt från SWEPOS-nätet. I det senare fallet kan SWEPOS beräkningsautomat användas. Den modernaste tappningen av riksnätet är ett förtätat aktivt SWEPOS-nät som medger detaljmätning med nätverks-RTK utan någon förtätning på kommunal nivå.

Stomnät för planmätning, forts. Stomnätsordningar många få inga Stomnätsunderhåll stort mindre inget Stationsetablering vid detaljmätning ja ja nej Teknikberoende vid detaljmätning nej nej ja Fördelar med detaljmätning direkt från riksnätet (högra alternativet) är: - Inga stomnätshierarkier, dvs. ingen stegvis nedväxling som ger ogynnsam felfortplantning. Inget stomnätsunderhåll på kommunal nivå. Ingen stationsetablering vid detaljmätning, dvs. snabbare och färre felkällor. En nackdel är dock att man är teknikberoende, detaljmätningen kan bara göras med RTK… KLICK … och noggrannheten vid RTK-mätning är inte tillräckligt hög för alla tillämpningar. Det kan man då komma runt t.ex. genom att vid behov etablera parpunkter med statisk GPS (mittenalternativet) och detaljmäta med totalstation. Värre är att GNSS inte fungerar överallt, t.ex. i stadskärnor med höga byggnader. Där behövs ett tätt stomnät, som tidigare (vänstra alternativet). Alla tre alternativen kan alltså behövas i framtiden, men i många områden bör man kunna klara sig utan de traditionella stomnäten. RTK klarar inte alla noggrannhetskrav RTK fungerar inte överallt (siktproblem)

Övergång till aktivt nät RTK (egen referensstation) eller Nätverks-RTK Analysera i vilka områden aktiva nät är möjliga Säkerställ det lokala systemets ”deformationer” Mät in restfelspunkter Ta fram restfelsmodell Alla användare måste ha tillgång till modellen ”Nya koordinater” i det gamla systemet

Passiva kontra aktiva nät Ett passivt (traditionellt) nät omfattar markeringar, koordinat-/höjdvärden, punktbeskrivningar etc. – ofta digitalt åtkomliga från systemägaren användbart på specifika (stom)punkter – men användaren sätter igång processen RH 2000 realiseras i ett passivt nät SWEREF 99 realiseras, via SWEPOS, som ett aktivt nät Ett aktivt nät inkluderar dessutom distribution av data, beräkningstjänster, övervakning av systemet, användarsupport m.m. tillhandahålls av systemägaren – aktivt och kontinuerligt

Passiva kontra aktiva nät, forts. Passivt Aktivt Stomnät Uppgifter Mätmetod Utrustning Mätning Beräkning Ägaren ansvarar Användaren hämtar Ägaren skickar ut Användaren väljer Ägaren fördefinierar Användaren väljer Användaren utför Användaren utför Ägaren tillhandahåller tjänster

Säkerställ ett antal försäkringspunkter Markerade punkter? … behövs för att kunna använda annan teknik där det inte går med satellitteknik kontrollera sin utrustning kontrollera det aktiva nätets stabilitet över tiden studera eventuella lokala förändringar Säkerställ ett antal försäkringspunkter

Försäkringspunkter – kriterier för urval Punkter markerade i fast berg – t.ex. planbestämning av höjdfixar, som ju ändå behövs för att säkra höjdnätet Urvalet ska ge ett bra komplement till de nationella ”försäkringspunkterna”, och de bör omgärda/omsluta området ”Försäkringspunkterna” ska normalt inte användas vid bruksmätning – då skapas onödiga ordningar i nätet Lämpligt punktavstånd kan vara 5 km… … men i områden där GNSS-teknik och aktiva nät inte fungerar krävs ett konventionellt nät

Exempel Enkelpunkter Dubbelpunkter Trippelpunkter Exemplet visar ett ordinärt kommunalt stomnät som skapats genom nedväxling från riksnätet via anslutningsnät (triangelnät och storpolygonnät) till bruksnät i tätorten. Om GNSS-teknik inte fungerar i tätorten måste man naturligtvis behålla bruksnätet där. Om GNSS-teknik fungerar i hela kommunen bör man ändå ha ett antal ”försäkringsmarkeringar” för att försäkra sig mot att tekniken fallerar. KLICK ”Försäkringsmarkeringar” i form av enkelpunkter ger möjlighet att använda vanlig RTK med radio om nätverks-RTK eller mobiltelefon fallerar. ”Försäkringsmarkeringar” i form av parpunkter ger även möjlighet att använda traditionell teknik om hela GNSS-tekniken fallerar. Typen av ”försäkringsmarkeringar” (enkel- eller parpunkter) samt tätheten måste väljas utifrån hur stor risk man vill ta. Om man vill ha en hög beredskap för alla ev. händelser behöver man ett tätt nät med parpunkter men om man bara vill kunna använda vanlig RTK som alternativ räcker det med enkelpunkter med ca 5 km täthet.

Samband till SWEREF 99 Det lokala stomnätet blir analyserat och kan förbättras Man får ett effektivare utnyttjande av GNSS-tekniken Man kan bättre utnyttja de tjänster som tillhandahålls av Lantmäteriet Allt detta bidrar till att nyttan av stomnätet ökar för alla användare. Ännu effektivare blir det dock om man gör ett regelrätt byte – bl.a. genom den nationella enhetlighet som man därigenom medverkar till

En övergång till SWEREF 99 Innebär att: det plana referenssystemet baseras på SWEREF 99 SWEREF 99 realiseras – via SWEPOS – som ett aktivt nät som komplement realiseras SWEREF 99 som ett passivt nät i tätorten höjdsystemet baseras dock på RH 2000 och RH 2000 realiseras som ett passivt nät i hela kommunen vissa av punkterna utgör samtidigt försäkringspunkter för SWEREF 99 inom området

Kontroller – behövs de? HMK-Ge:D Att kontrollera instrument, mätningar och resultat ingår som en självklar del i arbetet. Omfattningen av kontrollen bör ställas i relation till den typ av mätningsarbete som utförs, ställda krav på noggrannhet samt personliga bedömningar på utförandet. HMK-Ge:D

Kontroller i HMK-Detaljmätning I HMK-Ge:D, Bilaga F, ges toleranser för inmätning av olika detaljtyper – i såväl plan som höjd Toleranserna beror på respektive detaljtyps ”definierbarhet” De är tänkta att vara representativa för polär mätning med totalstation De baseras på närnoggrannhet, dvs. noggrannheten i förhållande till närliggande stompunkter eller den relativa noggrannheten mellan detaljpunkterna

Kontroller i HMK-Detaljmätning, forts. Toleranserna omsätts i felgränser vid kontrollmätning på följande sätt: Kontroll av: Max avvikelse, samma station Max avvikelse, olika stationer Planläge Tolerans utan tillägg Tolerans + 30% Höjdläge Avstånd och höjdskillnad Tolerans + 50% Med ”samma station” menas att den ursprungliga inmätningen och kontrollmätningen har skett från samma stationspunkt Medelfelet vid kontrollmätning bör vara högst 40% av toleransen för den detaljtyp som kontrolleras

Förslag till kontroller vid RTK-mätning Starta mätningen (initialiseringen) på en väl identifierbar punkt; eventuellt markeras punkten tillfälligt Mät en lämpligt lång slinga; identifiera ett antal detaljpunkter samt någon/några andra väl identifierbara punkter som kan återbesökas Avsluta mätslingan genom mätning på startpunkten De olika mätslingorna vid detaljmätning med RTK-teknik skulle kunna kopplas ihop på följande sätt:

Kontrollerat mätförfarande för RTK

Kontrollerat mätförfarande för RTK, forts.

Kontrollerat mätförfarande för RTK, forts. Återbesöken på detaljpunkterna (de gula) kontrollerar noggrannheten i detaljmätningen Återbesöken på startpunkten och övriga blå punkter kontrollerar själva mätprocessen Därigenom erhålls kontroll både inom och mellan mätslingorna Det är ett integrerat mätnings- och kontrollförfarande Felgränser bör kunna utformas på samma sätt som i HMK-Ge:D

Kontrollerat mätförfarande för RTK, forts. Inmätning av ”kända” punkter i området bidrar inte nämnvärt till kontrollen De enda punkter som kan vara tänkbara är ”försäkringspunkter” och ”restfelspunkter” Andra ”kända” punkter – t.ex. sådana som har transformerats – ska definitivt inte användas

Separat kontroll med annan teknik Ställ upp en totalstation – som en fri station, centralt i området; anslutningsmätning behövs ej Mät in ett urval av punkter och beräkna lokala koordinater/höjder Beräkna avstånd/höjdskillnader i alla kombinationer – både för ursprungsmätningen och kontrollmätningen – och jämför med HMK:s toleranser Kontrollmätningen kan betraktas som felfri (åtminstone bör den klara HMK:s krav på ett medelfel som är högst 40% av toleranserna)

Separat kontroll med annan teknik, forts.

Sammanfattning Ta med det bästa av filosofin från förr Höjdnätet bör baseras på traditionell teknik, plannätet (i huvudsak) på GNSS Skapa samband till SWEREF 99 och RH 2000; överväg en total övergång till dessa system Etablera ett antal ”försäkringspunkter”, för kontroll av utrustningen, RTK-tjänsten och referensnätets stabilitet Utför detaljmätningen á la HMK – med GNSS/RTK, direkt från SWEPOS och med motsvarande kontroller

Tack för uppmärksamheten! Diverse information Dan Norin Frågor? Tack för uppmärksamheten! Diverse information Dan Norin Möte i SWEPOS referensgrupp Stockholm, 17 oktober 2007 Bild från GeoForum av NGO/Statens Kartverk