Test av korrektionstjänst för GPS-mottagare vid vägytemätning

Transkript

1 VTI notat Utgivningsår Test av korrektionstjänst för GPS-mottagare vid vägytemätning Anna K. Arvidsson Thomas Lundberg

2

3 Förord Detta är ett arbete som är beställt av Trafikverket med Kerstin Svartling som kontaktman. Bakgrunden till beställningen är att den realtidskorrektion som används vid positionsmätningen (GPS) som utförs i samband med vägytemättjänsten upphör. Syftet med undersökningen är att se om den alternativa korrektionstjänst som finns tillgänglig kan användas i stället. De data som analyserats har samlats in av Ramböll i en mätbil där tre olika GPS-system använts och analysarbetet är gjort av Anna Arvidsson. Undertecknad har varit behjälplig vid analysarbetet och rapportskrivningen. Linköping mars 2012 Thomas Lundberg Projektledare VTI notat Dnr 2009/

4 Kvalitetsgranskning Intern granskning har genomförts 14 mars 2012 av Leif Sjögren vid VTI. Anna Arvidsson har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus 26 mars Projektledarens närmaste chef, Anita Ihs, har därefter granskat och godkänt publikationen för publicering 27 mars Quality review Internal peer review was performed on 14 March 2012 by Leif Sjögren at VTI. Anna Arvidsson has made alterations to the final manuscript of the report on 26 March The research director of the project manager, Anita Ihs, examined and approved the report for publication on 27 March VTI notat

5 Innehållsförteckning Sammanfattning... 5 Summary Bakgrund Syfte Metod Utvärdering Resultat Är det skillnad på täckning mellan EPOS och EGNOS Hur är noggrannheten vid jämförelse mellan EPOS och EGNOSkorrektion? Hur påverkar terrängen täckningen mellan EPOS och EGNOS? Kan EGNOS ersätta EPOS? Felkällor Referenser Bilaga 1 Avståndsjämförelse av GPS3 &GPS1 och GPS3 & GPS2 för de koordinaterna där realtidskorrektionen är aktiv för alla tre GPS-mottagarna Bilaga 2 Figur 2 med fullständig skala Bilaga 3 Rapport - Test av korrektionstjänst VTI notat

6 VTI notat

7 Test av korrektionstjänst för GPS-mottagare vid vägytemätning av Anna K Arvidsson och Thomas Lundberg VTI Linköping Sammanfattning En avgörande faktor vid inventering av vägnätets tillstånd med hjälp av mätbilar är att med tillräckligt bra noggrannhet kunna positionsbestämma mätdata. Senast den 31 mars 2012 kommer den korrektionstjänst (EPOS) som används för att ge en förbättrad positionering att läggas ner. Det är en betaltjänst som har tillhandahållits från Terracom. På grund av dålig lönsamhet läggs den nu ner. I och med detta vill Trafikverket veta om den kostnadsfria korrektionstjänsten EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) som drivs av ESA (European Space Agency) är möjlig att använda istället. Positionsdata i form av koordinater har samlats in på 18 sträckor runt om i Sverige. Vägsträckorna har olika längder från cirka 20 km och upp till 105 km och vägkategorier av varierande typ, från sekundära och tertiära vägar till Europavägar. Vägarnas omgivning är dessutom av olika karaktär från öppet kustlandskap till tät skog och från flack till kuperad terräng. Tre GPS-mottagare användes, den ena var en ny OxTS RT3050 som hade korrektionstjänsten EGNOS och var försedd med ett hjälpsystem (tröghetsnavigering).dessutom användes två stycken äldre Trimble AgGP332 varav den ena använde EGNOS och den andra agerade som referens och använde det nuvarande systemet, EPOS (realtidkorrektion av GPS-positioner via FM-bandet). Korrektionstjänsten EGNOS består av tre geostationära satelliter över Europa och täcker hela Sverige men med en sämre täckning och noggrannhet i norra Sverige. Detta var dock inget som kunde utläsas från testerna. Den väsentliga frågan som denna undersökning skulle ge svar på var om EGNOS kan ersätta EPOS, vilket testerna visar att den kan. Vi har inte kunna observera några systematiska skillnader i positionsangivelser. Det framkom dock att mottagningskvaliteten för de två olika GPS-mottagarna med korrektionstjänsten EGNOS varierade ganska mycket till den nya och mer moderna mottagarens fördel. VTI notat

8 6 VTI notat

9 Test of correction services for GPS receivers used for road surface measurements by Anna K Arvidsson och Thomas Lundberg VTI (Swedish National Road and Transport Research Institute SE Linköping Sweden Summary A key factor in the inventory of the road network condition is to be able to geographically position the measurement data at the right place with sufficient accuracy. By 31 March 2012, the correction service (EPOS), used to provide an improved positioning, will shut down. It is a paid service provided by Terracom. Because of low profitability it is now shutting down. With this, the Swedish Transport Administration would like to know if the free correction service EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) operated by ESA (European Space Agency) is possible to use instead. The test uses position data in the form of coordinates, collected on 18 routes throughout Sweden. The routes have different lengths from about 20 km to 105 km and road categories of various types, from secondary and tertiary roads to highways. Road infrastructure and environment is of different nature from the open coastal landscape to dense forest and from flat to hilly terrain. Three GPS receivers are used, one was a new receiver OxTS RT3050 with correction service EGNOS and was also equipped with an auxiliary system (inertial navigation system), and the two other receivers were both Trimble AgGP332, one using EGNOS, and the other acting as a reference, using the present system, EPOS (real-time correction of the GPS positions via FM band). The correction service EGNOS consists of three geostationary satellites over Europe and covers the whole of Sweden but with a poorer coverage and accuracy in northern Sweden. However, this was nothing that could be seen from the tests. The essential question that this study would provide answers to was if EGNOS can replace EPOS, which the tests show that it can. We have not been able to observe any systematic differences in position data. It appeared, however, that the reception quality of the two GPS receivers with the EGNOS correction services varied quite a bit and that the new and more modern receiver had a certain advantage in this respect. VTI notat

10 8 VTI notat

11 1 Bakgrund Vid de övergripande tillståndsmätningarna som utförs av de statliga belagda vägarna i Sverige är positionsbestämningen ett viktigt inslag för att kunna knyta en mätning till den vägnätsmodell som används av Trafikverket. Under våren 2012 kommer korrektionstjänsten (EPOS) som använts av leverantörerna av vägytemättjänsten att läggas ner på grund av dålig lönsamhet. Tjänsten, som är en betaltjänst, distribueras av Terracom och ger en förbättrad noggrannhet vid GPS-positionering. EPOS-tjänsten bygger på att mycket väl geografiskt definierade stationära basstationer tar emot positionsdata från satelliterna och beräknar aktuellt positionsfel. Positionsfelet skickas som korrektionsdata i realtid via FM-bandet vilket ger en god täckning nationellt och den fungerar också i färd. Det huvudsakliga syftet med positioneringen i mätbilarna är att lokalisera knutpunkter (korsning mellan två vägar) på vägnätet. Efter att Vägverket (nuvarande Trafikverket) införde en vägnätsbeskrivning med utgångspunkt från den Nationella Vägdatabasen (NVDB) innebar det att knutpunkten definieras som skärningspunkten mellan två vägar. Tidigare var definitionen av knutpunkten en väl definierad punkt i terrängen som operatören kunde positionsbestämma visuellt. Att kunna avgöra skärningspunkten mellan två vägar är enkelt på det mindre vägnätet men mycket svårt på t.ex. en motorväg där en ramps skärningspunkt med huvudvägen är svår att syfta visuellt. Med en noggrann positionering kan man låta systemet avgöra var knutpunkten ligger om dess läge också finns förprogrammerat i mätsystemet. Ett alternativ till EPOS är EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service). Det är en kostnadsfri korrektionstjänst som drivs av ESA (European Space Agency). Tjänsten består av tre geostationära satelliter över Europa och täcker hela Sverige men med en på pappret sämre täckning och noggrannhet i norra Sverige. Figur 1 I norra Sverige (den bruna delen) garanteras en noggrannhet av 1 2 m (>82 %) och 2 3 m (>95 %). I Södra Sverige (den gröna delen) garanteras en noggrannhet av 1 2 m (>95 %) och 2 3 m (>99 %). Med anledning av denna förändring har Trafikverket gett VTI i uppdrag att undersöka möjligheten att använda EGNOS för korrektion av positionen vid vägytemätningarna som ersättning för det betalsystem som använts till nu (EPOS). Det dataunderlag som ligger till grund för testen är insamlat av Ramböll, en av de tre leverantörerna av vägytemättjänsten (de övriga är Destia och Vectura). VTI notat

12 2 Syfte Projektet har som syfte att svara på följande frågor: 1. Kan EGNOS ersätta EPOS? 2. Är det skillnad på täckning mellan EPOS och EGNOS och är skillnader i så fall regionala? (Norra Sverige, Mellansverige, Södra Sverige) 3. Hur påverkar terrängen täckningen mellan EPOS och EGNOS? Kuperat/skogspartier; Öppet slätt landskap; Kuperat landskap; Kustlandskap; Kuperat/bergskärning; Tätare skogspartier; Kuperad kust/bergsskärning; Öppet landskap; Varierande; Skogspartier 4. Vilken skillnad i position erhålls om en övergång från EPOS och EGNOS görs? 10 VTI notat

13 3 Metod Positionsdata i form av koordinater har samlats in på 18 sträckor runt om i Sverige. Vägsträckorna har olika längder från ca 20 km och upp till 105 km och är av olika karaktär och storlek med omgivning från öppet kustlandskap till tät skog och från flack till kuperad terräng. Tre GPS-mottagare användes, den ena var en OxTS RT3050 som hade korrektionstjänsten EGNOS och dessutom användes två stycken Trimble AgGP332 varav den ena använde EGNOS och den andra utnyttjades som referens och använde det nuvarande systemet, EPOS. För att kunna undersöka vad det skulle innebära att gå över från EPOS-korrigerad positionsdata till EGNOS-korrigerad positionsdata beräknas skillnaden i position mellan de olika systemen (per 20 m) som avståndet mellan punkterna (plana koordinater X,Y).. Data är insamlat från de tre olika systemen som en position per 20 m. Insamlingen har skett i en mätbil där alla tre mottagarna samlat in data samtidigt. Utöver insamlade positioner finns bl.a. uppgifter om typ av korrektion, HDOP (mått på noggrannhet), antal satelliter och mäthastighet. De positioner som samlats in är plana koordinater i referenssystemet SWEREF-99TM. Mer detaljer om mätningen beskrivs i bilaga 3 (Rapport - Test av korrektionstjänst, skriven av Ramböll). VTI notat

14 4 Utvärdering Det är positioneringens kvalitet erhållen med hjälp av GPS uppmätt på 18 sträckor som ska utvärderas. Den geografiska fördelningen för sträckorna är över hela landet. Tabell 1 visar en förteckning över de utvalda sträckorna. Tabell 1 Utvalda sträckor, med karaktärsbeskrivning enl. Bilaga 3 Sträcka Väg Sträcka Längd (m) Region Karaktär 1 6 Malmö Trelleborg Södra Sverige Öppet slätt landskap 2 9/19 Simrishamn Kristianstad Södra Sverige Kuperat landskap 3 22 Ronneby Karlskrona Södra Sverige Kustlandskap 4 23 Kisa - Linköping Södra Sverige Kuperat/bergskärning 5 4 Linköping Norrköping Södra Sverige Öppet slätt landskap 6 56 Katrineholm Kungsör Södra Sverige Tätare skogspartier 7 4 Härnösand Örnsköldsvik Norra Sverige Kuperad kust/bergsk 8 4 Råneå Töre Norra Sverige Kustlandskap 9 10 Morjärv Överkalix Norra Sverige Kuperat/skogspartier Överkalix Pajala Norra Sverige Kuperat/skogspartier Kiruna Abisko Norra Sverige Öppet landskap Jokkmokk Väg Norra Sverige Kuperat/skogspartier Sorsele Storuman Norra Sverige Kuperat/skogspartier Brunflo Åsarna Norra Sverige Varierande Mora Johannisholm Mellersta Sverige Skogspartier Torsby Sunne Mellersta Sverige Öppet landskap Mellerud Frändefors Södra Sverige Öppet landskap 18 6 Varberg Falkenberg Södra Sverige Öppet landskap Den totala längden för alla mätsträckor var ca 886 km. Det var tre GPS-mottagare som användes vid mätningarna. GPS3 (Trimble AgGP332) med EPOS som korrektionstjänst. GPS2 var samma GPS-modell men med EGNOS som korrektionstjänst. GPS1 (OxTS RT3050) använde även den EGNOS och har dessutom tröghetsnavigering som stöd för positioneringen, vilket hjälper till vid dåliga mottagningsförhållanden. Den sistnämnda GPS-modellen är den nyaste modellen av de två olika modellerna som är med i studien. En jämförelse har slutligen skett av erhållna positioner från de tre olika systemen. Den ursprungliga metoden GPS3 med EPOS korrektion har varit utgångspunkt (referens). Skillnader har studerats vad gäller täckning (regionala skillnader) och utseendet på omgivande terräng. 12 VTI notat

15 5 Resultat 5.1 Är det skillnad på täckning mellan EPOS och EGNOS och är skillnader i så fall regionala? I Norra Sverige var det 8 sträckor (nummer 7 till 14), 2 sträckor var belägna i Mellersta Sverige (nummer 15 & 16) och Södra Sverige hade 8 sträckor (nummer 1 6 & 17 18). I varje nodpunkt nollställdes längdmätningen och ett nytt länk-id skapades. Detta skedde genom att systemet automatiskt identifierade koordinaterna i varje nodpunkt gentemot i förväg planerade koordinater. Koordinater från GPS1 användes för detta ändamål. GPS1 visade sig vara den mottagare som har minst spridning, vilket troligtvis beror på att tröghetsnavigeringen stödjer positioneringen. De insamlade koordinaterna loggades var 20:e meter, vilket är det som visas i diagrammen nedan (Figur 2). Figurerna visar skillnaden i X/Y (east/north) mellan två på varandra följande koordinatpar. Cirkelformerna beror på att vägsträckorna inte går i nord-sydlig respektive östvästlig riktning, men den ideala förflyttningen är 20 meter åt någon riktning. I Figur 2 är skalan densamma för alla figurer så att man ska kunna se skillnaderna mellan sträckorna. Ett fåtal punkter syns dock inte med denna skala. I Bilaga 2 finns diagrammen med automatisk skalindelning där alla mätpunkter presenteras. Som nämnt hade GPS1 inte så stor spridning bortsett från några enstaka felvärden. GPS2 och GPS3 hade lite bredare spridningsområden, men att se någon skillnad mellan olika delar av landet eller om terrängen spelar in, är svårare att säga efter endast en körning av sträckan. I delkapitel 5.2 görs beräkningar av avståndsskillnaderna mellan de olika GPS:erna och där studeras även den geografiska aspekten. VTI notat

16 Figur 2 Kontrollsträckorna är plottade med det verkliga avståndet mellan varje loggning. x-axel = West East och y-axel =North South. Enhet meter. Svarta punkter (GPS1), blå (GPS2) och röd (GPS3). Påverkas kvaliteten på de insamlade koordinaterna av geografiska skillnader? Spelar terrängen in? När mätdata samlas in ger mottagaren information (GPS-kvalitet) om aktuell korrektionstjänst varit aktiv eller ej och om de satelliter som mottagaren tar emot har en bra geometri vilket är en förutsättning för att kunna leverera en position. GPS-kvaliteten redovisas på en skala mellan 0 och 2 för GPS2 och GPS3, för GPS 1 används 6 istället för 0. 6 betyder att tröghetsnavigeringen används fullt ut, och därmed används inte satellitpositionering och tillhörande realtidskorrektion. I Tabell 2 visas hur fördelningen mellan kvaliteten på mätningarna på de olika sträckorna har varit. Enligt referensmanualen för Trimble-GPS:erna, GPS2 & GPS3, (TSIP, 1999) kan kvaliteten levereras med tre noggrannheter, 0: fix not valid Satellitmottagaren kan ej ge position 6: fix not valid Position ges av tröghetsnavigeringssystemet 1: GPS fix Satellitmottagaren ger en position utan aktiv korrektionstjänst 2: DGPS fix Satellitmottagaren ger en position med aktiv korrektionstjänst De flesta av sträckorna har mätdata med den bästa kvaliteten (2, korrektionstjänst aktiv). Detta gäller alla tre GPS:erna. Det finns dock några sträckor mätta med GPS2 där den största andelen mätdata inte har haft högst kvalitet. Det är sträcka 3, 7, 8, 12 och 13. Av dem utmärker sig sträcka 8 mest, där inte någon delsträcka hade bästa kvalitet. Av dessa sträckor ligger alla utom sträcka 3 i Norra Sverige. Sträcka 3 mellan Ronneby och 14 VTI notat

17 Karlskrona och Sträcka 7 mellan Härnösand och Örnsköldsvik samt Sträcka 8, Råneå och Töre är alla tre betecknade som kuststräckor. Tabell 2 Sträckornas procentuella fördelning i kvalitet. Fet text högsta procent av respektive GPS-mottagare. Sträcka GPS 1 GPS 2 GPS 3 GPS 1 GPS 2 GPS 3 GPS 1 GPS 2 GPS ,6 3,1 3,3 0,4 22,9 0 99,0 74,1 96,7 2 1,5 2,4 2,9 0,1 28,8 0 98,4 68,9 97,1 3 0,4 2,2 2,0 31,1 71,1 3,7 68,6 26,7 94,3 4 0,1 0,3 0,3 0,2 16,1 0 99,6 83,6 99,7 5 0,6 2,1 2,0 0,1 17,4 4,4 99,4 80,4 93,6 6 0, ,6 49,6 0,4 97,0 50,4 99,6 7 0,2 1,4 1,3 2,5 58,4 7,8 97,3 40,2 90,9 8 0,4 2,1 2,2 2,3 97,9 0 97,4 0 97,8 9 0,1 0,4 0,4 42,3 46,2 5,1 57,6 53,3 94, ,3 18,9 2,0 91,7 81,1 98,0 11 0,2 0,1 0,1 15,8 30,2 3,7 84,1 69,7 96, ,4 60,9 1,7 70,6 39,1 98, ,8 66,1 4,0 92,2 33,9 96,0 14 0,1 0,2 0,2 1,1 45,8 0 98,8 53,9 99, ,4 0,4 6,3 45,0 4,5 93,7 54,6 95, ,8 3, ,2 96, , , ,9 3,8 3,8 0,1 17,6 0,5 98,9 78,6 95,8 Graden av täckningen går inte att skilja mellan de 18 teststräckorna. Däremot inträffar det på några av sträckorna att GPS2 har en stor andel av positionerna bestämda med GPS-kvalitet=1. Det innebär att korrektionstjänsten inte är tillgänglig för mottagaren. Det anmärkningsvärda med detta är att GPS1, som är en modernare mottagare med ny GPS-mottagningsteknik, ger en mycket högre andel positioner där realtidskorrektionen används i jämförelse med GPS2, se Tabell 3. Dessa mottagare använder samma typ av korrektionstjänst. Det innebär att med den moderna mottagningstekniken kan man uppnå en acceptabel täckningsgrad med hjälp av EGNOS-korrektionen i jämförelse med den utgående EPOS-tjänsten. Tabell 3 Medelvärdet av andel av mätt sträcka då korrektionstjänsten varit aktiv. GPS 1 GPS 2 GPS 3 91,0% 59,9% 96,5% 5.2 Hur är noggrannheten vid jämförelse mellan EPOS och EGNOS-korrektion? För att kunna bedöma systemens noggrannhet, har den parvisa skillnaden i positionerna mellan två system beräknats. GPS3 med EPOS har använts som referens. VTI notat

18 Avståndsskillnad (m) Dvs. Resp. Dessa beräkningar har gjorts för var 20:e meter på de 18 vägsträckorna. I och med att antennerna är placerade på olika positioner på mätbilen ger GPS1 och GPS2 sin position med ett systematiskt fel då jämförelsen görs med GPS3. Ingen hänsyn är tagen till detta systematiska fel i detta kapitel Sträcka Figur 3 Skillnad i avstånd mellan GPS1(EGNOS) och GPS3(EPOS) 16 VTI notat

19 Avståndsskillnad (m) Sträcka Figur 4 Skillnad i avstånd mellan GPS2(EGNOS) och GPS3(EPOS) När man fördelar avståndsskillnaderna i percentiler, är det sträcka 4 och 18 som utmärker sig mest, eftersom det finns störst skillnader mellan positionerna på dessa sträckor. Detta gäller för båda GPS-mottagarna i jämförelse med referens-gps:en. Tabell 4 20 m-sträckornas avståndsskillnad (m) fördelat i olika percentiler GPS3- GPS1. FET text = de 2 största värdena av alla obs. (Kvalitet =0 (6), 1 eller 2) Sträcka/percentil 0,1% 2,5% 5% 10% 25% 50% 75% 90% 95% 97,5% 99,9% 1 0,16 0,62 0,73 0,87 1,12 1,4 1,57 1,95 2,09 2,95 7,77 2 0,32 0,56 0,75 0,92 1,34 1,88 2,4 2,67 2,83 3,08 11,04 3 0,66 0,99 1,04 1,27 1,63 1,99 2,28 2,56 2,71 2,88 3,3 4 1,4 2,54 2,96 3,63 4,93 6 6,96 7,3 7,6 7,87 8,68 5 0,55 2,2 2,43 2,85 3,28 4,12 4,41 4,88 5,14 6,92 8,71 6 0,11 0,33 0,45 0,77 1,66 2,43 3,05 4,15 4,92 5,23 5,84 7 0,13 0,46 0,68 0,92 1,35 1,7 2,05 2,39 2,64 3, ,05 1,6 1,86 2,07 2,35 2,89 3,53 3,9 4,05 4,14 5,25 9 0,16 0,44 0,52 0,73 1,11 1,67 2,53 3,7 4,34 4,78 21, ,05 0,26 0,43 0,63 1,29 2,99 4,02 4,53 4,85 5,51 12, ,61 0,81 1,07 1,42 2,09 4,39 5,85 8 9,22 10,19 13, ,44 2,7 3,17 3,56 4,27 5,1 6,13 6,7 7,32 8,15 21, ,14 0,4 0,82 1,21 1,77 2,42 3,75 5,79 6,36 6,86 7, ,16 0,5 0,61 0,75 1,07 1,46 1,78 1,96 2,13 2,38 2, ,01 0,24 0,32 0,43 0,65 0,89 1,58 2,03 2,45 2,68 6, ,71 1,11 1,21 1,5 1,74 1,99 2,19 2,41 2,5 2,57 9, ,23 0,3 0,32 0,37 0,51 1 1,66 1,82 1,93 2,05 2, ,43 3,42 4,12 4,74 4,93 5,45 6,28 6,92 7,17 7,39 62,65 VTI notat

20 Tabell 5 20 m-sträckornas avståndsskillnad (m) fördelat i olika percentiler GPS3- GPS2. FET text = de 2 största värdena av alla obs. (Kvalitet =0 (6), 1 eller 2) Sträcka/percentil 0,1% 2,5% 5% 10% 25% 50% 75% 90% 95% 97,5% 99,9% 1 2,22 2,84 3,16 3,23 5,43 6,56 7,2 7,34 7,61 9,15 15,76 2 0,29 0,66 0,86 1,15 2,33 5,79 8,01 10,19 11,26 11,85 17,8 3 0,13 0,29 0,38 0,61 1,02 1,56 4,45 5,01 5,64 6,71 18,44 4 0,58 2,42 3,21 4,58 7,2 9,88 10,76 11,36 11,81 12,15 20,14 5 0,18 0,98 2,78 3,57 4,22 4,43 5,09 6,27 7,74 12,25 16,99 6 0,3 1,22 1,5 2,02 2,87 3,9 5,54 7,9 8,38 8,58 12,68 7 0,04 0,33 0,59 0,78 1,07 1,31 1,59 1,92 2,3 3,01 24,54 8 0,62 1,38 1,65 2,11 2,37 2,56 2,83 2,98 3,22 3,56 6,1 9 0,08 0,21 0,51 1,17 1,89 2,54 3,29 3,9 4,41 4,6 27, ,38 0,62 0,86 1,33 2,24 3,82 4,79 5,47 5,88 6,25 13, ,05 0,26 0,36 0,51 1,62 3,31 5,22 8,44 9,39 10,34 13, ,1 2,94 3,53 4,17 5,06 5,66 6,37 7,1 7,9 8,67 21, ,14 0,48 0,89 1,32 1,92 2,53 4,04 4,89 5,34 5,71 6, ,02 0,14 0,21 0,34 0,56 1 1,93 4,73 4,95 5,17 6, ,27 0,39 0,46 0,54 0,69 0,9 1,33 1,86 2,35 2,8 36, ,15 0,42 0,5 0,79 1,1 1,3 1,51 1,78 1,95 2,11 7, ,99 1,6 1,68 1,78 1,89 2,27 2,6 2,93 3,02 3,14 3, ,02 6,83 7,14 7,27 8,64 9,76 10,43 10,93 11,19 11,34 63,09 Tabell 6 och Tabell 7 visar fördelningen av avståndsskillnaderna i percentiler för de mätpositionerna där det har funnits bäst täckning för båda GPS:erna, dvs. kvalitet=2. Det visar sig att det är samma sträckor som utmärker sig, sträcka 4 och 18. Generellt sett ökade medianpunkten något (marginellt) förutom för de högsta percentilvärdena där värdena minskade. Tabell 6 20 m-sträckornas avståndsskillnad (m) fördelat i olika percentiler GPS3- GPS1. FET text = de 2 största värdena av observationerna med högsta kvalitet (kvalitet=2) Sträcka/percentil 0,1% 2,5% 5% 10% 25% 50% 75% 90% 95% 97,5% 99,9% 1-0,65 0,74 0,88 1,12 1,39 1,56 1,92 2,04 2,35-2 0,32 0,55 0,74 0,91 1,34 1,87 2,40 2,66 2,82 3,05 10,91 3-0,98 1,01 1,10 1,54 1,90 2,20 2,39 2,60 2,78-4 1,40 2,55 2,98 3,65 4,94 6,01 6,96 7,30 7,60 7,87 8,68 5 2,13 2,61 2,82 3,14 3,39 4,13 4,41 4,87 4,99 8,28 8,71 6 0,11 0,33 0,47 0,78 1,68 2,47 3,07 4,17 4,94 5,25 5,84 7 0,51 0,75 0,89 1,15 1,41 1,72 2,05 2,36 2,55 2,84 24,95 8 1,05 1,60 1,87 2,07 2,38 2,92 3,54 3,90 4,04 4,11 4,40 9-0,58 0,99 1,27 1,65 2,29 3,27 4,19 4,67 4, ,06 0,44 0,58 0,83 1,52 3,22 4,07 4,55 4,92 5,66 12, ,61 1,07 1,51 1,94 3,87 4,82 6,04 8,46 9,80 10,27 13, ,85 3,11 3,38 3,74 4,29 4,98 5,96 6,41 6,85 7,32 10, ,14 0,41 0,86 1,22 1,80 2,42 4,19 5,94 6,46 6,90 7, ,16 0,50 0,61 0,76 1,08 1,46 1,78 1,96 2,13 2,38 2, ,01 0,29 0,39 0,51 0,68 0,89 1,52 2,00 2,44 2,66 2, ,71 1,11 1,21 1,53 1,76 2,00 2,20 2,41 2,50 2,57 10, ,23 0,30 0,32 0,37 0,51 1,00 1,66 1,82 1,93 2,05 2, ,92 3,75 4,38 4,77 4,93 5,44 6,24 6,88 7,13 7,36 36,23 18 VTI notat

21 Tabell 7 20 m-sträckornas avståndsskillnad (m) fördelat i olika percentiler GPS3- GPS2. Fet text = de 2 största värdena av observationerna med högsta kvalitet (kvalitet=2) Sträcka/percentil 0,1% 2,5% 5% 10% 25% 50% 75% 90% 95% 97,5% 99,9% 1-6,22 6,30 6,38 6,47 6,70 7,25 7,36 7,60 8,19-2 0,37 1,44 3,24 4,70 5,62 6,75 8,63 10,86 11,53 11,93 18,26 3-1,10 1,68 4,14 4,58 4,79 5,07 6,38 11,06 18,07-4 0,56 4,17 5,86 7,04 8,67 10,10 10,96 11,45 11,85 12,16 23,31 5 1,76 3,11 3,38 3,87 4,22 4,41 5,04 6,33 8,00 12,26 12,49 6 0,34 2,05 2,59 2,96 3,95 5,50 7,24 8,38 8,58 8,72 13,28 7 0,24 0,61 0,72 0,78 1,09 1,31 1,57 1,87 2,15 4,12 24, ,83 1,08 1,27 2,00 2,63 3,41 3,93 4,41 4, ,39 0,74 0,99 1,42 2,28 3,74 4,85 5,49 5,85 6,26 13, ,09 1,45 1,52 1,60 2,09 4,29 7,00 9,12 10,16 10,57 13, ,83 3,27 3,84 4,31 4,89 5,51 5,76 6,27 6,92 7,82 10, ,12 0,61 0,89 1,15 1,87 2,41 4,45 5,02 5,59 6,18 6, ,02 0,10 0,14 0,22 0,42 0,92 4,57 4,93 5,14 5,35 6, ,44 0,49 0,56 0,74 0,89 1,26 1,60 1,78 2, ,22 0,43 0,71 0,89 1,16 1,33 1,54 1,79 1,96 2,17 9, ,99 1,64 1,70 1,79 1,89 2,28 2,64 2,94 3,02 3,14 3, ,88 7,36 8,01 8,87 9,46 10,11 10,72 10,98 11,19 11,33 40,25 Det visade sig att det var stor skillnad mellan de två GPS-mottagarna, därmed blir det ganska stora skillnader mellan GPS1 och GPS2. När de två GPS:erna med EGNOS jämfördes med GPS:en med EPOS var det minst skillnader mellan de sträckorna som kördes i Norra Sverige och för GPS1 som stämmer bäst överens med referens. I södra Sverige var det relativt stora skillnader i resultat mellan jämförelsen av de två GPS:erna med EGNOS och EPOS-mottagaren. I medeltal ger GPS1 en position som skiljer sig från GPS3 med c:a 2,8 m vid GPS-kvalitet=2. Då är ingen hänsyn tagen till antennernas placering på mätbilen. I medeltal ger GPS2 en position som skiljer sig från GPS3 med c:a 4,3 m vid GPS-kvalitet=2. Då är ingen hänsyn tagen till antennernas placering på mätbilen. Skillnaden mellan GPS1 och GPS3 måste anses vara tillräckligt bra för det syfte positioneringen har i en mätbil. GPS2 rekommenderas inte att användas p.g.a. att mottagningen av korrektionstjänsten (EGNOS) är så pass mycket sämre än för en modern GPS (GPS1, OxTS RT3050). VTI notat

22 Medelskillnad (m) 5.3 Hur påverkar terrängen täckningen mellan EPOS och EGNOS? För att undersöka hur terrängen påverkar täckningen har sträckorna sorterats efter vilken karaktär de har. Tabell 8 Sträckorna uppdelade på landskapets karaktär. Landskapskaraktär Sträcka Öppet 1, 5, 11, 17, 18 Kuperat 2, 4, 7, 9, 10, 12, 13 Övrigt 3, 6, 8, 14, 15, 16 Några skillnader i landskapet som påverkar täckningen gick inte att se. För att studera hur noggrannheten påverkas av terrängen och geografiska skillnader sammanställdes Figur 5, den visar en beskrivning av sträckornas terräng, som är tagen från operatörens protokoll för varje sträcka, indelad i fyra olika färgkoder tillsammans med staplarna med medelskillnaden mellan GPS3 & GPS1 och GPS3 & GPS Bergsskärningar Tät skog nära vägen (<50m) Enstaka träd nära vägen (<50m) Öppet landskap Sträcknummer Figur 5 Medelskillnaden mellan avståndet i meter mellan GPS1(EGNOS) och GPS3(EPOS) [Ljusa staplar] och mellan GPS2(EGNOS) och GPS3(EPOS) [mörka staplar], samt region och terrängindelning. Grön= Södra Sverige, Lila= Norra Sverige, Orange=Mellersta Sverige. Skillnad i noggrannheten kunde ses, men inga slutsatser kan dras. 20 VTI notat

23 5.4 Kan EGNOS ersätta EPOS? Teracom har beslutat att avveckla tjänsten EPOS senast den 31 mars 2012, men här gjorda tester visar att EGNOS kan vara en möjlig ersättare. Det är en tjänst som varit tillgänglig sedan oktober 2009 och den minskar felen till ca 1,5 meter. EGNOS skulle kunna ersätta EPOS eftersom de observerade skillnaderna mellan GPS1 och GPS3 uppvisar relativt måttliga skillnader. Man måste vara medveten om att resultatet kan variera ganska mycket mellan olika GPS-mottagare men skillnaderna är inte anmärkningsvärt stora. I detta fall är likheterna större mellan GPS1: OxTS RT3050 med EGNOS och referensen GPS3: Trimble AgGP332 med EPOS än vad skillnaderna GPS2 och referensen, GPS3 visade även fast de två sistnämnda är samma mottagartyp. Ett nytt europeiskt satellitnavigeringssystem, Galileo tas snart i bruk. Galileo har utvecklats på uppdrag av Europeiska unionen (EU) och Europeiska rymdorganisationen (ESA). Galileo är tänkt att vara kompatibelt med de tidigare systemen GPS (Amerikanskt system) och Glonass (Ryskt system) och ersätta/komplettera dessa i Europa. Det innebär att en GPS-mottagare som används idag ska kunna användas för att ta emot Galileo-signaler. Galileo skall möjliggöra positionsbestämning med meterprecision över hela jordklotet och bestå av 30 satelliter jämfört med de 24 som dagens GPS-system använder. Hela systemet ska vara klart VTI notat

24 6 Felkällor Figur 6 visar att ibland kan positioneringen avvika. På denna bild över sträcka 18:s norra kant kan man se att GPS3 gör en kraftig avvikelse från vägen. Ordningen är från vänster GPS3, GPS1 och GPS2. Detta beror troligtvis på kvaliteten på positioneringen men det bidrar till att skillnaderna vid jämförelserna blir väldigt stor. Detta är ett fel som förekommer på flera sträckor. Figur 6 Norra delen av sträcka 18, mellan Varberg och Falkenberg. En annan felkälla som vi inte tagit hänsyn till vid beräkningen av skillnader i position i utvärderingen är att antennerna sitter på olika positioner på mätbilens tak. En skiss av antennernas placering på mätbilen visas i bilaga 3, Figur 3.1. En annan felkälla som inte kunnat undersökas är hur mycket trädens löv stör EGNOSmottagningen. Sannolikt är att EPOS-tjänsten fungerar bättre i skogsterräng under sommarmånaderna i jämförelse med en satellitbaserad korrektionstjänst. 22 VTI notat

25 Referenser Esa, [Online] Available at: [Accessed ]. TSIP TSIP Reference, Part Number , Revision C, April [Online] Available at: =technical_support [Accessed ]. VTI notat

26

27 Bilaga 1 Sid 1 (2) Avståndsjämförelse av GPS3 & GPS1 och GPS3 & GPS2 för de koordinaterna där realtidskorrektionen är aktiv för alla tre GPS-mottagarna. QUAL 6 GPS1 QUAL 0 GPS2 QUAL 0 GPS3 Skillnad Easting Northing Easting Northing Easting Northing GPS3-GPS1 GPS3-GPS , , , ,2 3, , , , ,0 3, , , , ,4 11, , , , ,4 11, , , , ,8 10, , , , ,4 5, , , , ,0 0, , , , ,4 0, , , , ,5 0, , , , ,1 3, , , , ,2 2, , , , ,8 4, , , , ,4 9, , , , ,8 8, , , , ,1 7, , , , ,1 7, , , , ,0 7, , , , ,3 1, , , , ,3 1, , , , ,3 1, , , , ,6 5, , , , ,3 9, , , , ,2 9, , , , ,2 10, , , , ,1 11, , , , ,5 1, , , , ,9 1, , , , ,6 9, , , , ,2 9, , , , ,6 6, , , , ,0 1, , , , ,4 3, , , , ,9 3, , , , ,5 0, , , , ,0 1, , , , ,2 4, , , , ,1 1, , , , ,0 9, , , , ,4 3, , , , ,0 0, , , , ,6 0, , , , ,6 1, , , , ,0 3, , , , ,3 2,8 VTI notat

28 Bilaga 1 Sid 2 (2) , , , ,9 2, , , , ,7 1, , , , ,3 7, , , , ,8 3, , , , ,2 3, , , , ,9 0, , , , ,0 1, , , , ,9 10, , , , ,4 7, , , , ,0 12, , , , ,6 7, , , , ,6 7, , , , ,6 7, , , , ,7 7, , , , ,5 9, , , , ,5 8, , , , ,4 8, , , , ,8 11, , , , ,6 10, , , , ,8 9,7 VTI notat

29 Bilaga 2 Sid 1 (1) Figur 2 med fullständig skala Kontrollsträckorna är plottade med det verkliga avståndet mellan varje loggning. x-axel = West East och y-axel =North South, enheten är meter. VTI notat

30 VTI notat

31 Bilaga 3 Sid 1 (4) Rapport - Test av korrektionstjänst PM Uppdrag Datainsamling för test av korrektionstjänst Beställare VTI Från Christian Glantz Till Thomas Lundberg PM nummer 1 Datum Ramböll RST Skeppsgatan Malmö T: D: +46 (0) F: Unr Ramböll Sverige AB Org nr Allmänt Ramböll RST har på uppdrag av Statens väg- och transportforskningsinstitut, VTI, genomfört en insamling av koordinater på ett antal utvalda sträckor i Sverige. Uppdraget är del i ett större uppdrag som syftar till utvärdera kvaliteten på en ny korrektionstjänst vid positionering med GPS. Datainsamlingen genomfördes den januari 2012 med ett fordon anpassat för uppdraget, se vidare kapitel 3 nedan för systembeskrivning. Rambölls del i uppdraget har varit samla in och sammanställa data från de utvalda sträckorna. 2. Sträckorna Totalt har 18 stycken sträckor valts ut för uppdraget. Sträckorna är spridda över landet och har varierande karaktär. Sträckorna är beskrivna i tabell 2.1 nedan. g: \uppdrag\aktiva\ibm\gps_studie\lev\rapport - test av korrektionstjänst.doc Tabell 2.1: Utvalda sträckor Väg Sträcka Längd (m) Filnamn Karaktär 6 Malmö Trelleborg gps_001a Öppet slätt landskap 9/19 Simrishamn Kristianstad gps_002a Kuperat landskap 22 Ronneby Karlskrona gps_003a Kustlandskap 23 Kisa Linköping gps_004a Kuperat/bergskärning 4 Linköping - Norrköping gps_005a Öppet slätt landskap 56 Katrineholm Kungsör gps_006a Tätare skogspartier 4 Härnösand Örnsköldsvik gps_007a Kuperad kust/bergsk. 4 Råneå Töre gps_008a Kustlandskap 10 Morjärv Överkalix gps_009a Kuperat/skogspartier 392 Överkalix - Pajala gps_010a Kuperat/skogspartier PM Datainsamling för test av korrektionstjänst Unr (4) VTI notat

32 Bilaga 3 Sid 2 (4) 10 Kiruna Abisko gps_011a Öppet landskap 45 Jokkmokk Väg gps_012a Kuperat/skogspartier 45 Sorsele Storuman gps_013a Kuperat/skogspartier 45 Brunflo Åsarna gps_014a Varierande 45 Mora Johannisholm gps_015a Skogspartier 45 Torsby Sunne gps_016a Öppet landskap 45 Mellerud Frändefors gps_017a Öppet landskap 6 Varberg Falkenberg gps_018a Öppet landskap 3. Systemkonfiguration För uppdraget användes ett fordon där totalt tre stycken GPS-mottagare var monterade. De tre mottagarna var följande: GPS 1: OxTS RT3050 med EGNOS som korrektionstjänst GPS 2: Trimble AgGPS332 med EGNOS som korrektionstjänst GPS 3: Trimble AgGPS332 med EPOS som korrektionstjänst GPS 2 och GPS 3 bestämmer alltså position med satellitnavigering medan GPS 1 använder tröghetsnavigering tillsammans med satellitnavigering för positionering. Antennerna för respektive GPS var placerade på fordonet enligt figur 3.1. Figur 3.1: Placering av antenner sett uppifrån 1510 mm 1260 mm GPS mm Färdriktning GPS 2 GPS 3 g: \uppdrag\aktiva\ibm\gps_studie\lev\rapport - test av korrektionstjänst.doc OxTS-enhetens mätcentrum sitter 500 mm till vänster om fordonets centrumlinje och 60 mm bakom antennens centrum. Insamlade koordinater för denna mottagare är i positionen för enheten och ej antennen. PM Datainsamling för test av korrektionstjänst Unr (4) VTI notat

33 Bilaga 3 Sid 3 (4) Varje sträcka var indelad i mätsträckor på samma sätt som vid traditionell vägytemätning. I varje nodpunkt nollställdes längdmätningen och ett nytt länk- ID skapades. Detta skedde genom att systemet automatiskt identifierade koordinaterna i varje nodpunkt gentemot i förväg planerade koordinater. Koordinater från GPS 1 användes för detta ändamål. 4. Dataleverans För varje sträcka finns sex filer. I tabell 2.1 redovisas hur de är namngivna..gps1 innehåller data från GPS 1.gps2 innehåller data från GPS 2.gps3 innehåller data från GPS 3 a1.kml Google Earth-fil för GPS 1 a2.kml Google Earth-fil för GPS 2 a3.kml Google Earth-fil för GPS 3 Till varje sträcka hör även en mapp med digitala frontbilder. Mappen är namngiven med samma namn som respektive mätfil. Koordinaterna är i koordinatsystemet SWEREF 99 TM. Filerna innehåller följande: g: \uppdrag\aktiva\ibm\gps_studie\lev\rapport - test av korrektionstjänst.doc PM - Koordinat Easting - Koordinat Northing - GPS-höjd - Fordonets riktning (heading) - HDOP - Antal satelliter - GPS-kvalitet - ID Från - ID Till - Vägnummer - Körfält - Länk-ID - Distans - Hastighet - FIFO-tid - PC-tid GPS-kvaliteten redovisas på en skala mellan 0 och 2. För GPS 1 används dock 6 istället för 0 vilket innebär att tröghetsnavigering används fullt ut. Datainsamling för test av korrektionstjänst Unr (4) VTI notat

34 Bilaga 3 Sid 4 (4) Leveransen innehåller även en fil kallad Noteringar.pdf. I denna finns för varje sträcka noteringar om väderförhållande (molnighet, nederbörd, temperatur), hur geografin/topografin var på sträckan samt datum och klockslag för när datainsamlingen skedde. g: \uppdrag\aktiva\ibm\gps_studie\lev\rapport - test av korrektionstjänst.doc PM Datainsamling för test av korrektionstjänst Unr (4) VTI notat

35

36 VTI är ett oberoende och internationellt framstående forskningsinstitut som arbetar med forskning och utveckling inom transportsektorn. Vi arbetar med samtliga trafikslag och kärnkompetensen finns inom områdena säkerhet, ekonomi, miljö, trafik- och transportanalys, beteende och samspel mellan människa-fordon-transportsystem samt inom vägkonstruktion, drift och underhåll. VTI är världsledande inom ett flertal områden, till exempel simulatorteknik. VTI har tjänster som sträcker sig från förstudier, oberoende kvalificerade utredningar och expertutlåtanden till projektledning samt forskning och utveckling. Vår tekniska utrustning består bland annat av körsimulatorer för väg- och järnvägstrafik, väglaboratorium, däckprovningsanläggning, krockbanor och mycket mer. Vi kan även erbjuda ett brett utbud av kurser och seminarier inom transportområdet. VTI is an independent, internationally outstanding research institute which is engaged on research and development in the transport sector. Our work covers all modes, and our core competence is in the fields of safety, economy, environment, traffic and transport analysis, behaviour and the man-vehicle-transport system interaction, and in road design, operation and maintenance. VTI is a world leader in several areas, for instance in simulator technology. VTI provides services ranging from preliminary studies, highlevel independent investigations and expert statements to project management, research and development. Our technical equipment includes driving simulators for road and rail traffic, a road laboratory, a tyre testing facility, crash tracks and a lot more. We can also offer a broad selection of courses and seminars in the field of transport. HUVUDKONTOR/HEAD OFFICE LINKÖPING BORLÄNGE STOCKHOLM GÖTEBORG POST/MAIL SE LINKÖPING POST/MAIL BOX 920 POST/MAIL BOX POST/MAIL BOX 8072 TEL +46(0) SE BORLÄNGE SE STOCKHOLM SE GÖTEBORG TEL +46 (0) TEL +46 (0) TEL +46 (0)