skördarnavigering kring skyddsvärda objekt med GPS-stöd En navigeringsstudie utförd vid Sijansfors försökspark Lars Pettersson Arbetsrapport 107 2003 SVERIGES LANTBRUKSUNIVERSITET Institutionen för skogigresurshushåning och ge o rnatik S-901 83 UMEÅ Tfn: 090-786 58 25 Fax: 090-77 81 16 ISSN 1401-1204 ISRN SLU-SRG--AR--107--SE
skördarnavigering kring skyddsvärda objekt med GPS-stöd -En navigeringsstudie utförd vid Sijansfors försökspark Lars Pettersson Arbetsrapport 107 2003 Examensarbete på skogsingenjörsprogrammet i ämnet skogshushåning Handedare: Erik Temnerud, Sijansfors försökspark Fredrik Staand, Gammekroppa skogsskoa SVERIGESLANTBRUKSUNIVERSITET Institutionen förskogigresurshushåning ISSN 1401-1204 ISRN SLU-SRG--AR--107--SE och geomatik S-901 83 iv:ieå Tfn: 090-786 58 25 Fax: 090-77 81 16
FÖRORD Det här examensarbetet ingår som ett sutmoment i skogsingenjörsprogrammet vid GammeJkrappa skogsskoa och omfattar 1 O poäng. Arbetet har utförts vid Sijansfors försökspark i Mora under sommaren och hösten 2002. Häriga dagar ute i fät har varvats med intressanta, ärorika timmar framför datorn vid färdigstäandet av denna rapport. Studien har bekostats av StoraEnso skog och Sijansfors försökspark, SLU. Det är några personer som jag vi tacka och det är först och främst mina handedare som varit: Erik Temnerud, Sijansfors försökspark och Fredrik Staand, GammeJkrappa skogsskoa. Ett tack riktas även ti: Oe Haga, Berget System Design AB för tiåtese och hjäp med att testa deras experimentversion av programmet "GPS Skördare", Christer Karsson, Sijansfors försökspark, som agerat bopank för många ideer, Arne Johansson och Peter Emisson, maskinförare, vars intresse och vija att stäa upp som testförare har haft stor betydese för examensarbetet, samt StoraEnso, Mora förvatning, som har stät upp med ett maskinag under testerna, GammeJkrappa Skogsskoa 2003-04-09 Lars Pettersson 2
Sammanfattning GIS i kombination med GPS börjar användas at mer i det moderna skogsbruket och då främst ti traktpanering och inventering. Tidigare försök har visat att utrustningen även kan användas som navigeringshjäpmede i skördare. Sijansfors försökspark har under en tid koordinatsatt försöksytor med hjäp av en DGPS mottagare och agrat detta i ett Geografiskt Informations System (GIS). De vi nu se på viket sätt denna geografiska information kan användas tisammans med en GPS i en skördare för att hitta och skydda deras försöksytor. Detta examensarbete syftar ti att undersöka hur noggrant en skördarförare kan gara inti skyddsvärda objekt, endast med GPS och digitat kartunderag som hjäpmede. Vidare ingår att utvärdera hur denna nya teknik och programvara fungerar i praktiskt användande. Försöket utfördes i en förstagaring av ta inom Sijansfors försökspark. Under försöket användes två former av skyddsobjekt, kvadrater och cirkar, som utgjorde en försökssinga. Objekten mättes in tisammans med avdeningsgränser, stickvägar och basvägar med hjäp av en differentie GPS-mottagare och fördes sedan in i skördarens fordonsdator. skördarförarens instruktion var att via navigeringsprogrammet föja panerade injer runt försökssingorna. Resutatet visar att medeavvikesen mean panerad körväg och den körda vägen för fem kvadrater var 4,4 m och standardavvikesen 2,5 m. Medeavvikesen för samtiga objekt (kvadrater och cirkar) var 5,1 m med standardavvikesen 3,4 m. Någon signifikant skinad mean cirkar och kvadrater kunde inte påvisas. Även om standardavvikesen var större för cirkeytorna. Föraren kände också större probem vid navigering kring cirkar än kvadrater. Vissa detajer i navigeringsprogrammets utformning borde ändras och kompetteras för att få det mer funktionsdugigt. Dessutom måste en mer tiföritig positionering ti för att föraren bättre ska kunna orientera sig i terrängen. skördarföraren var dock positiv ti att använda GPS- GIS systemet i skördaren för att navigera i terrängen. Det här systemet i kombination med förarens synintryck i terrängen bedöms ge en hehet som många gånger skue fungera i praktiskt användande för att skydda och bevara objekt, t ex försöksytor och kuturämningar. Sutsatsen av examensarbetet är att skördarföraren inte het kan förita sin navigering på GPS positionen och den digitaa kartan. För att säkerstäa att försöksytor förbir oskadade rekommenderas att persona fortsätter att märka och snitsa försöken. Navigeringssystemet har en positiv effekt då föraren förvarnas på vad som kommer i terrängen och kan på så sätt vara extra uppmärksam i viktigare områden. Keywords: GIS, GPS, DGPS, Farestry panning, Farestry technique, Sijansfars experimenta farest, Harvester 3
Summary Usage of Geographica nformation Systems (GIS), sometimes in combination with Goba Positioning Systems (GPS), is becoming more commonpace as an aid for farestry panning and inventory by the farestry company StoraEnso. Recent findings show that GIS and GPS soutions can even be used for navigationa aid in harvesters. The facuty of farestry at SLU has a contract with StoraEnso to use their property at Sijansfors for ong-term experimenta forestry. Sijansfors Experimenta Forest is currenty impementing a GIS, incuding digita vector mapping of their experimenta pots (test pots) measured by DGPS. The purpose of this study is to evauate how successfuy their GIS can be utiised by a GPS equipped harvester to ocate and proteet the preserved forest experiment pots. A seeond purpose is to evauate the experimenta reease of a navigationa software, "GPS-Harvester", by the company Berget System Design Ltd. Five test trais were estabished in a stand of simiar terrain and forest type which was due for thinning. The trais mimicked rea test pots and incuded protected rectanguar areas with 18m sides and protected circuar areas with a 1Om diameter. The test trais were carefuy positioned by DGPS with a standard deviation of 1.2m. Whie navigating with the GIS, the harvester operator coud see stand boundaries, strip roads and the test pots. Additiona information suppied by the GIS software is the number of avaiabe sateiiites and the divergence from actua position to previous position. The test pots were hidden in the terrain and the operator had to rey soey on the digita map's GPS position for navigation. The operator was instructed to operate the harvester aong the centerine of the panned test trai. The achieved mean deviation from the test trais was 5.1 m and the standard deviation 3.4m. For the five squares in the test trais the mean deviation was 4.4m and the standard deviation 2.5m. The test coud not prove any difference in deviation between squares and circes athough the standard deviation was g reater for circes than for squares. The operator' s opinion was that circes were difficut to navigate around. The navigationa software performed wei in the test but it is suggested that new functions shoud be added to improve the reiabiity of the GPS-positioning. The number of ow quaity positions dispayed on the digita map needs to be reduced. t is recommended that the precision is increased, either by various fitering techniques that disquaify ow p-dop vaues, or by cacuating the position based on a stabe mean vaue, e.g. dispaying the mean of the ten atest positions, so caed averaging. This study proved that an operator coudn't competey rey on a simpe GPS position when navigating a harvester around preserved objects. Despite the insecurity of GPS-positioning, GIS and GPS can be of considerabe assistance when navigating in a stand. The operator is aerted on what type of object that is Iaoming and can pay extra attention for signs in his surroundings. 4
Innehåsförteckning SAMMANFATTNING SUMMARY 1 INLEDNING 3 4 6. BAKGRUND. 2 ANVÄNDNING AV GPS I SKOGSBRUKET, TIDIGARE STUDIER. 3 SYFTE OCH MÅL 6 7 8 _g MATERIAL OCH METODER 9 2. FöRSÖKSOMRÅDE OCH UTLÄGGNING A V FÖRSÖKSYTOR 2. 2 INMÄTNING AV FÖRSÖKSOBJEKT 2. 3 SKÖRDAREN 2. 4 FöRSÖKET 2. 5 UPPFÖLJNING OCH ANAL YS 9 9 10 11 11 RESULTAT 13 3. SAMMANsTÄLLNING AV AVVIKELSER 3. 2 FöRARNAs SLUTSATSER 3. 3 FöRSÖKSSLINGORNA 1-5 13 15 16.1 DISKUSSION 21 4. NAVIGATIONsSVÅRIGHETER 4. 2 NAVIGERINGsPROGRAMMET 4. 3 ANVÄNDA GPS MOTTAGARE 4. 4 STICKVÄGSAVSTÅND 4. 5 PRECISION KOSTAR- JÄMFÖRELSE MELLAN BILLIG OCH DYR GPS 4. 6 SLUTSATSER 4. 7 FRAMTIDA STUDIER ORDFÖRKLARINGAR REFERENSER BILAGA. INTRODUKTION TILL GPS OCH DGPS BILAGA 2. MÄTPUNKTER MAGELLAN 330 OCH TRIMBLE PRO XRS BILAGA 3. DATASET BILAGA 4. ÖVERSIKTSKARTA 21 24 22 25 25 26 26 27 28 29 31 32 33 5
1 Inedning 1. 1 Bakgrund Sijansfors försökspark (Sfp) inrättades 1921 och är den ädsta av de sex försöksparkerna som tihör skogsvetenskapiga fakuteten vid SLU. Syftet med försöksparken är att koncentrera ångsiktiga försök ti områden som noga beskrivs och anayseras utifrån fortöpande försök och tisyn. Inom försöksparken finns idag ca 600 oika försöksytor. StoraEnso äger marken vid Sfp och ansvarar för virkets utdrivning och tivaratagande, medan Sfp eder försöksverksamheten och skogsskötsen inom försöksområdena. Det är en viktig uppgift för försöksparken att nå ut med rätt information om de skyddsvärda objekten, försöksytors äge mm, ti de maskinag som verkar inom parken. Hittis har denna information förmedats muntigt på pats samt med hjäp av papperskartor. Avgränsade ytor och vägar har snitsats på konventionet vis (Temnerud 2002). Sijansfors försökspark panerar att tisammans med StoraEnso samordna ett geografiskt informationssystem (GIS) med avsikt att förbättra administrationen av försöksparken. Syftet med detta är att underätta och säkerstäa att informationen ifrån b.a. inventerare kommer ut ti de oika maskingrupperna. Uppgifter om traktomfattning, naturvärden, försöksytors beägenhet etc. som agras digitat i ett GIS ska kunna användas som stöd vid avverkning i en skördare tisammans med en GPS -mottagare (Biaga 1 ). Försöksparkens persona har därmed möjighet att i god tid före avverkningar panera och arkivera information som kompetterar snitsingsarbetet. Mået är att behovet av uppmärkning och snitsing ska komma att minska. Det skue även vara möjigt att agra data i skördarens GIS under avverkningens gång, vika sedan kan användas vid uppföjning och ajourhåning. Dagens GPS-system har generet sett en mycket god noggrannhet och precision (ca 1 O meter) beroende på utrustningens kvaitet och mottagningsförhåanden. Vid användning av nämnd utrustning i skog är det större variation i noggrannhet än på ett öppet fät (Jonsson, 2000). Noggrannheten varierar beroende på viken typ av skog och topografi man arbetar i, viket innebär att navigering kring objekt bir oika på kamark jämfört med tät garingsskog. Undersökningar med avseende på noggrannheten hos oika GPS-system har testats i fera studier, men hur tekniken fungerar i verkigheten (i en skogsmaskin) är inte ika västuderat 6
1. 2 Användning av GPS i skogsbruket, tidigare studier De förväntade fördearna med GPS i skogsbruket är många. Sverige använder fera skogsboag GPS-utrustning vid panerings- och avverkningsarbete. Beståndsgränser, panerade och nygjorda skogsbivägar, hyggen och hänsynsområden skapas digitat med hjäp av GPS-observationer i GIS-system. ett GIS koppas beståndsdata, vägdatabaser och iknande information ti den digitaa kartan för band annat urvas- och anaysoperationer. dagsäget snitsas vanigtvis avdeningsgränserna inför en avverkning. Detta är tidsödande och något som är onödigt om avverkningen får vänta på sig, papperssnitsarna hänger ofta inte kvar ängre än ett par månader. Aternativet är att frihandsrita gränser på digitaa ortofoton eer att mäta in gränserna med GPS i fät. Tidigare studier visar att areabestämning av avverkningstrakter med DGPS är mycket precis. Heström och Johansson (1993) har undersökt hur exakt det går att mäta areaer med hjäp av DGPS. Avvikesen från den verkiga areaen är beroende av b. a områdets storek, antaet positionsbestämningar, och standardavvikesen för mätfeets storek i ett enskit koordinatvärde. Generet uppvisar resutaten att areafe vid OG PS-mätningar i det närmaste är försumbart. Homen Skog har under en tid använt GPS-utrustning och digitaa kartor i skördare under operativa förhåanden. dagsäget utreds i ett examensarbete möjigheterna att ta hem produktionsvinster genom att använda DGPS i skördare (Gustafsson 2002). staand (1999) visar tifredstäande resutat med avseende på skördarens förmåga att håa den panerade gränsen vid en avverkning. Medeavvikesen från den panerade traktgränsen och det verkiga utfaet på samtiga fem försöksytor var 4,2 meter. De största svårigheterna bestod i navigeringsprogrammets förmåga att visa skördarens exakta position och riktning, främst då maskinen var stiastående. Den visade positionen var dessutom inte där skördaraggregatet var positionerat utan där skördarhytten befann sig. Ekund (2000) har undersökt huruvida rätt stickvägsavstånd i garing kan håas i både dagsjus och i mörker. studien visade att ett fut godkänt resutat med avseende på stickvägsavstånd erhös då garing genomfördes enbart med DGPSutrustning som navigeringsstöd. Medeavvikesen för hea området som garades med DGPS-stöd och inritade stickvägar uppgick ti 2,5 meter. Fördearna med G PS monterad i skördare kan även vara att finna och bevara mindre objekt, t ex hänsyns - objekt, kuturämningar, fornämningar samt nyckebiotoper. Sådana objekt igger vanigtvis agrade digitat i GIS-system hos de stora boagen. Dessa kartor kan sedan användas tisammans med GPS-utrustning monterade i avverkningsmaskiner för att se var på kartan man är och var hänsynsområden finns m.m. En förutsättning är då att objekten är rätt koordinatsatta från början samtidigt som positioneringen har en hög noggrannhet. 7
Dagens GPS-system har generet sett mycket bra noggrannhet efter att USA:s försvarsmakt i maj år 2000 tog bort det påagda brus vid namn S/A (seective avaiabiity). Det innebär att skinaden mean GPS och DGPS är mycket mindre idag. Noggrannheten vid absout mätning (GPS) utan S/A störning är ca 1 O meter på öppet fät, och för reativ mätning (DGPS) ca 2-5 meter. Mer information kring GPS och DGPS finns under Biaga 1. 1. 3 Syfte och må Syftet med detta examensarbete är att ta reda på hur vä enskida objekt kan återfinnas och bevaras med hjäp av GIS/GPS i skördare inom Sijansfors försökspark. Syftet är också att utvärdera hur denna nya teknik ink programvara fungerar i praktiskt användande. Mået är att introducera tekniken med GIS/GPS i den skogsmaskin och det maskinag som verkar inom Sijansfors försökspark. studien innefattar fätmätningar på hur föraren yckats föja panerade gränser och bevara de skyddsvärda objekten, samt en utvärdering av vad föraren uppever och känner inför denna nya teknik. 8
2 Materia och metoder 2. 1 Försöksområde och utäggning av försöksytor Av persona på Sijansfors försökspark och StoraEnso vades ett ämpigt garingsområde ut för studien. Området igger inti Harkonberget väster om Sijansfors skogsmuseum i Mora Kommun (Biaga 4). För att minimera de faktorer som inverkar negativt på mätnoggrannheten eftersträvades ett område med ikartade egenskaper när det gäer trädsagsbandning, grundyta samt åder. Beståndet skue ha en iten utning samt ha en okompicerad geografisk form. Försöksobjekt i beståndet med framkomighet runtom var ett krav. Beståndsegenskaper i försöksbeståndet Beståndstyp 1 :a garing, ta Topografisk beägenhet En östig suttning Åder 40-45 år GYL 132 stamanta 1600/ha Grundyta 26 m 2 /ha Area 6 ha Voym 151 m 3 fub/ha Beståndet panerades först genom att yttergränser och stickvägsnätet snitsades med vanigt snitseband. Efter att gränserna snitsats vades fem områden ut där de fiktiva kvadraterna och cirkarna skue paceras (Figur 1 ). Mycket viktigt var att fu framkomighet skue råda för skördaren där objekten panerades. Detta för att undvika fe beroende på att skördaren inte kunde ta sig fram i terrängen. Försöket anpassades på så sätt att maskinföraren under ett arbetspass på 3 tim skue hinna med att gara en testsinga innehåande kvadrat- och eer cirkeytor. Tre av singorna skue innehåa en kvadrat med arton meter sida samt en cirke med diametern tio meter (singa 1, 2 och 3). Vid två av singorna pacerades enbart kvadrater ut (singa 4 och 5). Även en reservsinga panerades (singa 6). 2. 2 Inmätning av försöksobjekt Vid inmätningen användes en Trimbe PRO XRS DGPS som Sijansfors försökspark normat använder vid inmätning av försöksytor. Det var en DGPSmottagare där aa komponenterna bars i en ryggsäck. En handdator (Husky FS2) med Windows CE 3. 0 operativsystem samt TerraSync GPS programvara var koppad ti GPS-mottagaren i ryggsäcken. Instäningar hos mottagaren gavs föjande värden för fitrering: Eevationsmask 15 grader SNR fiter> 4 PDOP < 6 Lägsta anta sateiter 6 Lagringsinterva 2 sek Förkaringar ti begreppen ovan finns i ordistan, sidan 26 Mätningarna utfördes mean den 24 och 28 juni, 2002. Swepos tjänst för reatidskorrigering användes. 9
Vaet av instäningar baserade des på Movics rekommendationer (everantör av Trimbe PRO XRS DGPS), samt tidigare noggrannhetstester hos Sijansfors försökspark (Karsson 2002). Varje kvadrat mättes in med måttband så att sidorna bev exakt 18 meter. Hörnen på kvadraten och cirkemitt markerades genom att så ner en träpinne i marken. Detta gjordes för att kunna hitta hörnen och göra mätningar efter garingen. Vid samtiga hörn på kvadraten togs en position utifrån ett medevärde med minst 60 positionsbestämningar med ovan beskrivna fitrering. Samma mätförfarande användes för cirkeytan där ytcentrum positionerades. Efter att at hade digitaiserats togs snitsarna ned, och träpinnarna gömdes under mossa för att döja eventuea spår. Positionsdata från Trimbe GPS-mottagaren ästes in i programmet GPS Pathfinder Office 2.90. Sedan konverterades aa dessa rådata ti shape- format för att kunna äsas i ArcView. ArcView finjusterades injer, punkter och poygoner. Kvadratpunkter sammanänkades med injer, cirkepunkter buffrades ti radien fem meter. Detta gjordes med tiäggsprogrammen c rea te butter och point to Iine som finns i ArcView. Färdigredigerade teman fördes sedan över ti navigeringsprogrammet i skördaren innan försöket. Aa mätningar panerades ti de timmar på dagen då fest sateiter fanns tigängiga på himavavet. För att veta dessa tider hämtades dagsaktue sateitkaender från Swepos hemsida. Fest sateiter var tigängiga mean k. 07:00 och 12:00 på förmiddagen varför mätningarna utfördes mean dessa tider. Radiomottagningen för reatidskorrektioner ifrån Swepos var reativt goda under de dagar som mätningarna utfördes. vissa ägen kunde radiokontakten brytas, men återfås då GPS-antennen förfyttades ett stycke. Mätningar utfördes endast om radiokontakt för korrektionsdata erhös. 2. 3 Skördaren Skördaren som användes under försöket var en V amet 91 1 som ägs av StoraEnso. Maskinen hade en Maxi fordonsdator med nte Pentium 366 MHz processor, 64 Mb internminne och Windows 98 operativsystem. Datorn hade en styrpatta för muspekaren. skördarens dator fanns sedan tidigare en DGPS-mottagare instaerad. Tre veckor innan testet instaerades en GIS appikation som Berget System Design har utveckat "GPS-skördare", experimentversion 2002 08 26. Förarna kunde då i ugn och ro ära sig att hantera de viktigaste funktionerna i programmet innan testerna startades. På grund av att den inbyggda DGPS -mottagaren i skördaren inte fungerade korrekt användes under försöket en ånad GPS. GPS utrustningen var en Trimbe NavGuide, en 8 kanas GPS mottagare utan reatidskorrigering. Mottagaren instaerades i maskinen provisoriskt. Antennen sattes fast mitt på skördarens tak. O
2. 4 Försöket Garingen utfördes vecka 38 mean den 16 och 20 september, 2002. navigeringsprogrammet fördes det in kartskikt bestående av avdeningsgränser, stickvägar, inmätta testobjekt, omkringiggande vägar, vattendeningsgränser, stigar m.m. Vid garingen användes skaan 1 :1000 i det digitaa kartunderaget Tidsintervaet mean hämtad position i GIS appikationen var 2 sekunder under försöket. Intervaet mean agrad GPS position var 15 sek vars värde beräknades av medevärdet av de 5 senaste positionerna. Instruktionen ti skördarföraren var att het och hået förita sig ti den digitaa kartan och GPS positionen. Föraren skue hea tiden köra så att positionen från GPS-mottagaren åg centrerad på den inje som skue föjas. Det var ika mycket fe att köra utanför som innanför ytorna. Detta för att med säkerhet kunna säga att förarens egen tro på vägva inte skue spea in i resutatet. Vid varje kvadrat var instruktionen att köra ängs tre av sidorna. Vid cirken var instruktionen att köra runt hava cirken (Figur 1 ). Cirken åg atid i ansutning ti kvadraten, endera ca 15 meter före eer efter. Beroende på om cirken åg efter eer före kvadraten ansågs inte spea någon ro för svårighetsgraden. Samma skördarförare genomförde samtiga test. 2. 5 Uppföjning och anays Anaysen bygger på två dear. Des på hur maskinföraren uppevt att arbeta med den nya tekniken och des på hur han har karat av att föja de panerade gränserna. Efter utförd garing gjordes en ägesbestämning av stickvägarnas positioner med hjäp av samma DGPS -utrustning och instäning som beskrivits under "Inmätning av försöksytor". Registrering av positioner gjordes genom att ångsamt gå i mitten av den upptagna stickvägen (stickvägsmitt) och mäta med DGPS -utrustningen. På detta sätt registrerades aa stickvägar som körts. Vid kvadraten mättes avståndet ifrån injen mean de inmätta punkterna ti den körda stickvägen med måttband och kompass. Vid varje sida gjordes fem mätningar, viket ger totat 15 mätningar ängs de tre sidorna (Figur 1 ). Vid cirken mättes avståndet från cirkecentrum ti den körda stickvägen i fem riktningar med hjäp av måttband och kompass. Dessa mätvärden minskades med fem meter för att få avvikesen från cirken. Vissa mätningar kunde ge oändiga eer mycket höga värden. En rege sattes upp och innebar att mätningarna skue faa inom en tänkt cirke med radien 15 meter från ytcentrum för att godkännas. 11
'...,"'.e..................... OBS: ' ' ' ' / ', ',' ------ 1 ', ' ' ',. ' ' IQBS: 1 005:4 : =- 10meter--= -- ----------- -,- - - - - - - - - - - - 1.,....---,...., OBS:3 Panerad stickväg -- Kvadratinjer - - - Stödinjer 0 Cirkeyta - - - Tänkt försöksyta 111 Obsx 18meter Figur 1 Principen för beräkning av avvikeser hos kvadrater och cirkar. Figuren är ej skaenig. Efter det att a positionsdata hade registrerats sändes det över från Trimbe GPS mottagaren in i programmet GPS Pathfinder Office 2.90. Därifrån konverterades a data ti shape-format för att kunna äsas i ArcView. ArcView gjordes kartor över aa försökssingor. programmet Microsoft Exce byggdes ett dataset upp med aa avvikeser från kvadrat- och cirkemätningarna (Biaga 3). Anayser samt tabeer och diagramuppbyggnad har utförts i Exce och i statistikprogrammet SAS. 12
3 Resutat 3. 1 Sammanstäning av avvikeser Medeavvikesen för samtiga fem kvadrater var 4,4 m och standardavvikesen 2,5 m (Tabe 1 ). Det tydigaste resutatet var att avvikesen ökade med 2,8 m från sida 1 ti sida 2 vid kvadraterna (Tabe 2). Föraren yckades bättre att träffa injen på sida 1 än på sida 2 och 3, Figur 2. Detta beror enigt föraren på att han innan ingången på sida 1 hade föjt stickvägen och tack vare det haft ängre tid på sig att styra in på injen. Noterbart är att enskida värden hade stora avvikeser, ända upp ti 13 m vid kvadraterna Vid jämförese mean kvadrat- och cirkemätningar kunde ingen signifikant skinad påvisas (Tabe 3). standardavvikesen var dock större hos cirkarna, se obs 17-20 i Figur 2. Förarens uppevese bekräftar också att det var betydigt svårare att navigera runt cirkar än kvadrater. Samtiga observationer (cirkar och kvadrater) gav en medeavvikese på 5, 1 m och en standardavvikese på 3,5 m (Figur 3). Tabe 1. Medeavvikese (m) från panerad gräns. Anta obs.15 per kvadrat Kvadrat 1 Kvadrat 2 Kvadrat 3 Kvadrat 4 Kvadrat 5 Mede, 1-5 Medeavvikese 6,90 3,60 4,1 O 4,23 3,20 4,40 standardavvikese 3,40 2,60 1,50 2,20 2,90 2,50 Tabe 2. Avvikese (m) vid oika sidor, aa kvadrater. N Medeavvikese Std. avv. Max avvik Sida 1 25 3,0 2,2 6,9 Sida 2 25 5,8 2,7 1 O, 1 Sida 3 25 5,3 3,2 13,0 Min avvik 0,2 0,6 0,3 Tabe 3. Avvikese (m) vid skid form på objekt N Medeavvikese Std. avv. Kvadrat 9 5,40 3,10 Cirke 9 4,60 5,50 13
Mede o stdaw obs-ordning 20 18 16 14 12 10 u 8 6 SIDA 1 SIDII 2 SIDII 3 CIRKEL 4 2 O L-----,--- --.----,---,---.---,---.----,---,---- o 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 obsnr Figur 2. Medeavvikese och standardavvikese i observationsordning för kvadrater och cirkar. Genomsnittig awikese aa observationer 35 84 30 ---- ==== Std 0-evbton J.S4451 Me.:Jn -5.11"142:9 25 p e 20 r c e n t 15 10-2. s 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15. o 17.5 diff1 Figur 3. Fördening av samtiga observationer (kvadrater och cirkar). 14
3. 2 Förarnas sutsatser De praktiska probem som uppstod vid navigeringen är många och är aa viktiga. Dock kan sägas att den ara viktigaste svårigheten bestod i att GPS positioneringen var instabi och ej tiföritig under testerna. Nedan föjer några punkter på svårigheter som observerades under testerna. Ej tiföritig GPS positionering Probem att veta när sväng ska tas vid kvadratens hörn och vid cirken Svårighet att ta ut körriktning, främst från stiastående Svårighet att bedöma avstånd på det digitaa kartunderaget Svårighet att skija på gama agrade G PS-positioner från den senaste positionen eftersom dessa visades med samma färg på skärmen 15
3. 3 Försökssingorna Nedan föjer samtiga försökssingor i den ordning de användes, med kommentarer och översiktskarta. Försökssinga 1 Försökssinga ett (Figur 4) var den första singan som garades. skördarföraren uppevde att positionsangivsisen kunde hoppa ånga sträckor trots att maskinen hade stått stia. Vid avverkning där maskinen hea tiden rörde sig var det ättare att se tendensen vart positionen på skärmen är på väg. Ifrån stiastående var det svårare att ta ut körriktningen. början av singan träffade föraren injen bra, men senare i norra deen drog sig injen ängre och ängre norrut. skördarföraren hade stora probem att med att håa injen på kvadraten och framförat på cirken. 0 "' " :............ N A.... '.... "................ :.... :...... 4 O 4 8 Meter ---- ' ",, Uppföjd körväg... Panerad stickväg -- Kvadratinjer - - - stödinjer Q Cirkeyta Figur 4. Försökssinga 1. Panerad stickväg, uppföjd stickväg, kvadrat samt cirkeobjekt. Skafe kan förekomma. 16
Försökssinga 2 På grund av att körningen under singa ett hamnade så ångt norrut förstördes singa två. Försökssinga 3 Här kom skördaren in från söder och hade en cirke direkt. Denna dag visades positionerna mer stabit och mindre hoppigt jämfört med försökssinga ett. Föraren kände en större titro ti den visade positionen jämfört med singa ett. Försökssinga tre bev den singa där föraren yckades håa sig närmast den panerade gränsen. Något som iakttogs var att antaet sateiter var fer denna dag jämfört med singa ett. ::_ -....... - " -- - - " " " --- -- - - -,,, --.. N A,...... 4 o 4 B Meter - - --,,,,, ' " Uppföjd körväg... Panerad stickväg -- Kvadratinjer - - - stödinjer Q Cirkevta Figur 5. Försökssinga 3. Panerad stickväg, uppföjd stickväg, kvadrat samt cirkeobjekt. Skafe kan förekomma. 17
Försökssinga 6 Den här singan var en reservsinga som användes på grund av att singa två förstördes när singa ett avverkades. Liksom vid singa tre träffade föraren injen bra. Garingen startade från väster och började med kvadraten. Positioneringen var stabiare än vid singa ett och föraren tyckte att navigeringen fungerade acceptabet. Ett probem bestod i fördröjningen av GPS positionen. När aktue positionen visades vid hörnet där svängen skue tas och maskinföraren svängde fortsatte positionen vandra ett ti stycke för att sedan svänga in på rätt kurs. Detta gjorde att svängen kom för djupt vid hörnen......... :; ---,_ "',, -- ------ --.{,'r,,,.,.,.. 1.... :,;::i'"!;:......:::.':.......... 'i 4 o 4 8 Meter '" - - -- Uppföjd körväg... Panerad stickväg -- Kvadratinjer - - - stödinjer O Cirkeyta Figur6. Försökssinga 6. Panerad stickväg, uppföjd stickväg, kvadrat samt cirkeobjekt. Skafe kan förekomma. 18
Försökssinga 4 Försökssinga fyra var den singa som föraren tyckte gick sämst eftersom positionen hade en benägenhet att hoppa och vandra iväg på skärmen. Föraren startade i nordvästra hörnet. början har injen en dragning åt väster. Första svängen gick bra och föraren yckades komma in på den sydöstra punkten tämigen exakt. Efter det att maskinen stått sti ett tag vid hörnet började positionen att vandra iväg. Föraren fick probem med att veta i viken riktning han skue köra för att föja injen. Hans riktning i ingångsäget bev fe och därför hamnade injen snett jämfört med den panerade. Föraren fick ov att gissa en riktning och köra efter denna. Eftersom positionsangivaisen hoppade fram och tibaka och bidade en "hagesvärm" på skärmen var det svårt att ta ut en riktning under inedningsfasen. Denna dag var det få tigängiga sateiter på himavavet. \\...... _,..... (. \..........\...... A N, Uppföjd körväg... Panerad stickväg - Kvadratinjer - - - stödinjer 4 O 4 8 Metar t r--- Figur 7. Försökssinga 4. Panerad stickväg, uppföjd stickväg samt kvadratobjekt Skafe kan förekomma. 19
Försökssinga 5 Denna singa yckades föraren träffa injen mycket bra på norra och södra sidan. Den västra deen kunde inte föraren köra där det var panerat beroende på att där var för stark utning. Resutatet bev ändå jämföresevis bra. Liksom singa tre uppevde föraren att positionen var stabi och exakt. Liksom tidigare singor där navigeringen hade fungerat ok, var det även här många sateiter tigängiga. N Å Uppföjd könäg... Panerad stickväg - Kvadratinjer - - - stödinjer 4 o 4 - - -- Figur B. Försökssinga 5. Panerad stickväg, uppföjd stickväg samt kvadratobjekt. Skafe kan förekomma. 20
4 Diskussion 4. 1 Navigat ionssvårigheter Den viktigaste svårigheten vid navigeringen var att GPS -positionen som visades på skärmen var opåitig. Den kunde både hoppa ånga sträckor och vandra iväg utan förkaring (Figur 9). Detta gjorde det sjävkart mycket svårt för föraren att navigera med det precisionskrav som städes under försöket. Det största probemet för föraren uppstod vid svängarna. Här var det svårt att beräkna när svängen skue tas beroende på att positionen hoppade och hade en viss fördröjning vid rörese framåt. Om skördaren kom fe i svängen tog det tid att ta sig in på injen igen. Ett annat probem var att veta körriktningen och då främst från stiastående. Figur 9. Bid tagen med digitakamera inifrån hytten vid försökssinga tre. Garing utförs i piens riktning och skördarens position är vid stjärnan. GPS positionen hoppar då iväg ca 25meter (cirke) och vandrar sedan tibaka. Fera objekt, band dessa fastighetsgränser, har ett starkt rättsigt skydd i svensk ag (Nordin 2002). Denna studie bekräftar påståendena av Nordin (2002) att det inte är tiföritigt att enbart ita ti GPS -positionen vid navigering kring skyddade objekt och fastighetsgränser. Däremot kan testat system redan idag utnyttjas för att förbättra kommunikation och navigering, eftersom föraren får ökad förståese om de objekt som han ska orientera efter i terrängen. Ytstrukturen inom försöksområdet var ganska ojämn, viket gjorde försöken svårare än om pan mark hade använts. Även topografin inom området är vädigt kuperad viket innebär en rad nackdear med tanke på mottagningsförhåanden där bergen skymmer sateitsignaer och radiovågor. Något som iakttogs var att antaet tigängiga sateiter speade stor ro på hur vä navigeringen gick. De gånger då många sateiter fanns tigängiga visades positionen mer exakt och mindre hoppig. 21
Nordin (2002) redovisar att noggrannheten med DGPS är 95 % av avvikeserna inom 2 m, här tokat som 2 x cr, dvs. 95 % av normafördeningen. För denna var motsvarande värden för DGPS'n 2,4 m (1,2 x 2). Detta står i stark kontrast mot noggrannheten på GPS -mottagaren i skördaren som hade 95 % inom 7 m (3,5 x 2). Sijansfors försökspark accepterar inte några avvikeser som inkräktar på försöksytorna. Dock iknar inte försöket verkigheten i det avseende att försöksytorna var het osyniga under försöket. normaa fa är försöksträd måade och hörnstopar är pacerade runt ytorna samt att persona har snitsat. Föraren kan då med ca 1 O - 15 meters noggrannhet se vart han är i förhåande ti försöksytorna, och då vara extra uppmärksam. En rekommendation är att persona fortsätter att märka och snitsa runt försöksytorna före avverkning. Användandet av cirkar och kvadrater kan vara synonymt inte bara med en försöksyta inom Sijansfors försökspark. Som beskrivits i inedningen skue de även kunna iknas med kuturämningar, fornämningar, nyckebiotoper etc. 4. 2 Navigeringsprogrammet Enigt skördarförarna som använt navigeringsprogrammet har det fungerat stabit under testerna och under de veckor innan testet som programmet testats. Förarna var eniga om att programmet är ogiskt uppbyggt och att aa viktiga funktioner finns där. Den viktigaste förbättringen som bör göras innan systemet tas i bruk i större skaa är des funktionaiteten, och des någon typ av fitrering av erhåna GPS positioner. Detta för att förbättra precisionen vid navigeringen. Ett probem vid navigering där hög precision krävs är att positionen som visas är den pats där sateitantennen är fäst, atså taket på skördaren. Visserigen innebär det att antennen sitter reativt skyddad ifrån fysisk påverkan av faande träd, kvistar m.m. Nackdeen är dock att positionen visas upp ti ca 1O m räknat från den pats där skördaraggregatet arbetar. Dessutom varierar centrum på den maskin som användes under försöket eftersom hytten ej är centrerad och är svängbar (V amet 911 ). Ett hjäpmede som skue förbättra precisionen enigt förarna är en stödcirke som motsvarar skördarens arbetsbredd visas. Denna cirke skue då automatiskt ändras ti maskinens arbetsbredd med rätt skaa. nuvarande form är punkten färgfyd och ika stor vid oika skaor. En förutsättning är då att positioneringen är stabiare än under försöket. Homens förare som under en ängre tid testat iknande programvara anser sig inte behöva någon stödcirke (Staand 2002). Under testerna provades ett anta oika positionsikoner med varierande utseende. Förarens erfarenheter var att hårkors fungerade bäst. Att veta viken riktning man ska köra för att t ex föja en rak inje har varit ett konstant probem under hea testet. Här borde något göras åt programmet. En ide kan vara att föraren manuet kickar på en destination, t ex ett stickvägssut Sedan beräknar programmet en bäring från den aktuea positionen ti destinationen. Genom denna bäring kan föraren styra in sig på rätt kurs med hjäp av en kompass som monteras vä synigt vid den främre rutan. 22
Någonting som förarna uppevde som negativt var att de inte visste skaan i kartvisningsäget Programmet borde visa både aktue skaa och en skastock i det äge som används vid körning. På det sättet kan föraren måtta avståndet ti t ex fastighetsgränsen genom att ägga ett finger på skärmen. Även en måttstock där föraren kan mäta avstånd för t ex en körväg vore önskvärt. Navigeringsprogrammet sparade medevärdet för ett förinstät anta positioner i en textfil Dessa positioner kunde även fås visuaiserade på skärmen som ett punktband eer injetema. Den aktuea positionen kunde också visuaiseras med ett förinstät tidsinterva. Dessa två typer av positioner visades på skärmen med ika färg viket det inte gick att ändra på. Detta ansågs som störande då det var svårt att veta viken punkt som visade aktue position. Föraren framförde också ett önskemå om att se det stickvägsnät som har skapats, uppritad efter sig i reatid, endera som en inje eer som en buffrad zon motsvarande skördarens arbetsbredd. nuvarande version visas punkter från aa agrade positioner på skärmen viket var förvirrande eftersom dessa visades med samma färg som den senast visade positionen. En annan detaj var att aa injeteman visades med samma färger och storek även om de ska visa oika objekt, t ex beståndsgränser, stickvägar, stigar, vägar mm. Det kan innebära probem för föraren att veta vad som är vad. En ösning vore att precisera i attributtabeen vad som är vad, och att navigeringsprogrammet har en fördefinierad egenduppsättning som förstår identiteten för dessa typer. Detta borde gå att ösa enket åt StoraEnso där aa teman och attributtabeer är uppbyggda på samma sätt. Utbidning är ett måste om ett system som detta ska tas i praktisk drift. Eftersom tekniken är ny inom denna bevakning har förarna inte fått någon utbidning i egentig mening utan enbart en introduktion i handhavande med de vanigaste funktionerna. Detta inverkar troigen en de på resutatet. 23
4. 3 Använda GPS mottagare DGPS -mottagaren (Trimbe PRO XRS) som användes under inmätning och uppföjningen visar mycket god precision vid anayser av punkterna och ängdmätning mean punkterna. standardavvikesen för samtiga punkter som oggades under inmätningen var 1,2 meter. Vid ängdmätningen jämfördes ängden mean punkter i kvadraten vika mättes i ArcView med den exakta ängden 18 meter (måttbandsmätning). Resutatet visar att medeängden var 17,8 m, standardavvikesen 0,8 m och maxavvikesen 1,2 m för samtiga observationer. Ytterigare en bekräftese på god precision hos mottagaren märktes när träpinnarna skue sökas upp efter garingen. Där användes en funktion som visade bäring och avstånd visuet ti en av användaren förutbestämd destination. När denna punkt på skärmen hade etats upp hittades träpinnen oftast vid första försöket genom att sparka bort mossan under fötterna. Om inte mottagaren är behäftad med några systematiska fe är värdena som ämnats av den mycket nära det "sanna" värdet. GPS-mottagaren som användes i skördaren under testerna, Trimbe Navguide, är i första hand byggd för att integreras i mobia system. Mottagaren är kompatibe för differentie mätning (DGPS). För att eiminera mycket dåig kvaitet på mottagna värden har moduen getts ett standardfiter, se nedan. Dessa värden är mycket generösa viket gör att den ofta också kan ge ifrån sig värden med dåig precision. Ett sätt att förbättra kvaiteten på mottagna värden och därmed erhåa en mer precis positionering är att använda någon typ av fitrering, som då skue kunna styras ifrån navigeringsprogrammet nuvarande version av "GPS Skördare" finns ej möjighet ti en sådan fitrering. Enigt användarmanuaen är noggrannheten vid absout positionering 25 meter och vid differentie positionsring 2 meter med standardfitre ring. Grundinstäningar för fitrering Eevationsmask so SNR 2 PDOP 12 Exakt vika instäningar som skue vara ämpiga att använda är svårt att säga utan är något som måste testas innan systemet tas i praktisk drift. Risken med en atför hård fitrering är att inga positioner registreras. Samtidigt är probemet att en atför mid fitrering kan visa positioner av dåig kvaitet. 24
4. 4 stickvägsavstånd För att få ett mått på hur föraren har yckats håa stickvägsavstånden (18 m) vid kvadratytorna gjordes två stickvägsmätningar vid varje kvadrat viket ger totat tio mätningar. Avståndet mean de körda stickvägarna mättes med måttband. Mätningarna utfördes så att måttbandet tangerade två hörnpunkter på kvadraten (Figur 1 O). Resutaten visar att medestickvägsavståndet var 20,9 m, medeavvikesen 2,9 m och standardavvikesen 3,5 m för samtiga mätningar. Föraren har atså i genomsnitt kört med ett för stort stickvägsavstånd. O f. ' ':/..! :,, : '' :...--- 10meter,,,_,..: Mätning,------------1.. Panerad stickväg - Kvadratinjer Uppföjd -- - stödinjer Körväg 18meter Mätning 2 Figur 1 O. Principen för beräkning av stickvägsavstånd vid kvadratytorna. 4. 5 Precision kostar- jämförese mean biig och dyr GPS Vid samtiga kvadrater bestämdes en position med en Mageian 330 GPS. Detta gjordes för att kunna se skinader i mätprecision mean en enke biig handhåen GPS och en avancerad DGPS. Mätningen utfördes genom att vid varje hörn stå sti c: a 1 O sekunder och därefter trycka på knappen "agra position" hos Mageian 330. Positionerna togs atså på exakt samma pats som hos DGPS-mottagaren. Karta från denna jämförese redovisas i Biaga 2, Figur 13. Tabe med samtiga koordinatvärden finns i Biaga 2, Tabe 4. De positioner som DGPS -mottagaren gav var ett medevärde av 60 hårt fitrerade positioner vika kan anses som vädigt nära det "sanna" koordinatvärdet Positioner togs vid 20 mätpunkter för att få ett bra statistiskt materia. Resutatet visar att standardavvikesen är 42,5 meter för samtiga observationer. Medeavvikesen för samtiga positioner är 22,3 meter. Maxavvikesen var 199,6 meter och minavvikesen var 1,67 meter. Om den abnormt feaktiga positionen (Biaga 2) vid yta 1 tas bort i beräkningarna bir resutatet 8,0 meter i standardavvikese och 12,0 meter i medeavvikese. Att ta en eer enstaka positioner är som synes inte att rekommendera om något viktigt ska koordinatsättas med en GPS ikt Mageian 330. För att höja noggrannheten bör medevärdesbidning användas. Detta innebär att agra fera positioner momentant och sedan beräkna ett medevärde av dessa. 25
4. 6 sutsatser Denna studie visar att det inte enbart går att förita sig på GPS-positioneringen vid navigering kring skyddsvärda objekt, eftersom skördaren adrig får köra i objektet. Däremot karar föraren av att återfinna områden som innehåer objekt, och kan få god information om objektets äge. Vid avverkning kring skyddsvärda objekt måste man fortsätta att förita sig på konventione snitsing. Navigeringsprogrammet som Berget System Design har utveckat har överag fungerat bra under försöken. Programmet känns vä genomtänkt, och det märks att det har varit en praktisk hand med vid uppbyggandet av systemet. Vissa små brister har dock identifierats vika har beskrivits tidigare i examensarbetet. Det finns fera förkaringar ti varför positioneringen inte är tiräckigt noggrann och det finns fera tivägagångssätt för att förbättra den. Då precisionskravet är 1 O- 20 meter skue det använda systemet kunna fungera bra. Däremot är det inte möjigt att navigera med meterprecision. Om ett företag panerar att investera i iknande system är det viktigt att först identifiera ti vad och hur utrustningen ska användas. Detta är avgörande för vika krav som ska stäas på utrustningen. För att ha nytta av GPS fordras att användaren har såvä kunskap om skogiga och andra påverkande faktorer som praktisk erfarenhet. Om dessa förutsättningar är uppfyda kan mycket goda resutat uppnås vid användning av GPS både vid navigering i skogsmaskin och andra skogiga tiämpningar. 4. 7 Framtida studier Intressant vore att se om någon skinad i precision kan ses mean DGPS och GPS. En iknande studie bör göras och då med DGPS som navigerings stöd. studien bör göras under iknande förutsättningar när det gäer mottagningsförhåanden och skogiga egenskaper, och hest inom Sijansfors försökspark. Även en studie som visar skinader i precision vid oika typer av fitrering (t ex pdop) vore intressant. Vidare vore det av intresse med en undersökning av hur produktionen kan effektiviseras/påverkas om arbetsorganisationen ändras så att föraren ättare kan ta de av och hjäpa ti i den skogiga paneringen med hjäp av GIS/GPS tekniken. 26
O rdförkaring ar ArcView Kartmotor för GIS tiämpningar DGPS Differentie GPS, se Biaga 1 Eevationsmaskvinke GIS Den ägsta vinke sett ifrån GPS mottagaren ti sateiten där mottagning får ske Geografi,skt Informations System, ägesbunden information GPS Goba Position System, se Biaga 1 GPS Pathfinder Office PDOP Reatidskorrigering Shape SA störning SAS SNR Swepos Program som äser in positionsdata ifrån GPS ti GIS-program (Position Diution of Precision) Ett värde på tigängiga sateiters inbördes geometri. Lågt värde innebär att sateiterna är utspridda på himavavet viket är bra. Ett högt värde innebär att sateiterna är nära varandra viket är sämre för precisionen Mätmetod där korrektionsdata sänds ti GPS i reatid. Då krävs förutom en sateitmottagare också en radiomottagare. En annan metod är efterberäkna avvikeser vid GPS mätning, atså ej direkt när mätning görs Fiformat som används i b. a ArcView GIS (Seective Avaiabiity) En påagd störning på GPS systemet som USA tog bort år 2000 Statistica Anaysis System. Ett statistik program som b.a. används av Sijansfors försökspark (Signa to Noise Ratio) Ett värde på signastyrkan ifrån sateiterna. Ett ågt värde är ika med dåig signastyrka och ett högt värde god signastyrka Ett nät av fasta referensstationer som skickar ut korrektionsdata via FM-bandet vid GPS-mätning 27
Referenser itteratur Anan, 2000. Geodesi och Geografiska informationssystem- svensk geodesiverksamhet under kommande tioårsperiod. LMV, Rapport 2001:1 Dana P.H. 1995. Goba Position System Overview, Department of Geography, Univerity of Texas at Austin. Ekund, R. 2000. DGPS som navigeringsstöd i skördare vid garing. SLU, Umeå. Institutionen för skogsteknik, studentuppsatser nr 34. Heström, C, & Johansson, S. 1993. Exakta positioner och areaer med GPS. SkogForsk, Uppsaa. Resutat nr 13. Heström, C, & Johansson, S. 1993. Var går gränsen? - Areabestämning av sutavverkningsbestånd med GPS-teknik. SkogForsk, Uppsaa. Resutat nr 14. Jonsson, T. 2000. Differentie GPS- mätning av punkter av skog. Point-accuracy for differentia GPS under a forest canopy. SLU, Umeå. Institutionen för skogig resurshushåning och geomatik, Arbetsrapport nr 67. Nordin, D. 2002. Fastighetsgränser. De 1. Fastudie av fastighetsgränsers ägesnoggrannhet på Fastightskartan. SLU Umeå. Institutionen för skogig resurshushåning och geomatik, Arbetsrapport nr 99 Staand, F. 1999. Användande av DGPS som navigeringsstöd vid avverkning. SLU, Umeå. Institutionen för skogsteknik, studentuppsatser nr 30. Internet http://swepos.mv.m.se/index_gnss.htm Personig kommunikation Emisson, P. Maskinförare, STORAENSO Gustafsson, M. 2002. Homen Skog AB, Örnsködsvik Haga, O. 2002. Berget System Design, Faun Johansson, A. 2002. Maskinförare, StoraEnso Karsson, C. 2002. Sijansfors försökspark, Mora Staand, F. 2002. Gammekroppa Skogsskoa Temnerud, E. 2002. Sijansfors försökspark, Mora 28
Biaga 1. Introduktion ti sateitnavigering, GPS och DGPS sateitnavigering är ett hjäpmede som kan användas för att bestämma äge, rörese och noggrann tid. Tjänsten kan användas på and, ti sjöss, i uften och även i rymden. Idag är GPS (Goba Postioning System) det vanigaste sateitnavigationssystemet GPS är ett sateitbaserat positionerings- och navigeringssystem som ägs och drivs av USA:s försvar. Systemet kan sägas bestå av tre oika enheter. Användaren med sin mottagare, US Department of Defence som äger systemet och sköter korrigering av sateitbanor, samt sutigen sjäva sateiterna. Systemet är i första hand avsett för miitärt bruk men är också tigängigt för civi användning. Signaer från fera sateiter uppfångas av en mottagare och används för att beräkna äge, hastighet och tid. Användarens mottagare "mäter" avståndet mean mottagarens antenn och sateiten. Avståndet ti varje sateit beräknas ur gångtiden för signaen. Mätning mot fyra sateiter ger det tredimensionea äget (äget i rummet) och tiden (den fjärde dimensionen). Framtiden BAtVERKET ""' Vägverket ANT""i1..JtRIIT Figur 11. Principen bakom GPS mätning. http://swepos.mv.m.se/index_gnss.htm Figur 12. Fer sateiter medför bättre mottagning och kvaitet. http://swepos.mv.m.se!index_qnss.htm Vid absout mätning bestäms positionen i sateiternas referenssystem, enbart genom avståndsmätning direkt mot sateiterna. Noggrannhetsnivån är 5-1 O m (medefe i pan- sämre i höjd) när SA störningen numera är bortkoppad. Genom att använda sig av reativ mätning (DGPS) kan positionsnoggrannhet på några decimetrar eer bättre erhåas. De farhågor som finns beträffande den framtida tigängigheten ti signaerna från GPS-sateiterna är ti stor de obefogade. Poicyuttaanden från USA:s regering rörande GPS framtid, den stora civia användningen i USA och även borttagandet av sa-störningen visar att systemets tigängigt är garanterad. Andra system finns t ex GLONASS viket är Ryssands motsvarighet ti GPS. Ett europeiskt projekt kaat Gaieo som är ett initiativ av den europeiska unionen, EU, och det europeiska rymdorganet, ESA är under utveckingsfasen. Gaieo kommer att drivas het under civi kontro och bestå av ca 30 sateiter (enigt senaste uppgifterna). Gaieo kommer också att vara ett i huvudsak civit system och kompatibet med GPS. 29
Detta kommer att medföra såvä förbättrad teknik som det utökade antaet sateiter viket ger förbättrade förutsättningar för positionsbestämning och navigering med sateitteknik (Figur 12). Enigt nuvarande paner kommer Gaieo att vara het utbyggt år 2008 (Anon 2000). Störningsfaktorer vid GPS mätning GPS ska vara oberoende av väder, men trots atomur och trigonometriska trick så finns det vissa störningsfaktorer som är svåra att komma ifrån. Jonosfären består av ett ager av addade partikar som påverkar jusets hastighet men också radiosignaer från sateiter. Eftersom inte signaerna färdas i vakuum är den exakta hastigheten ej känd. Signaens utbredningshastighet minskar när det passerar genom ett tjockare medium som t ex ett fät av addade partikar. Även i troposfären som utgör den ägre deen av atmosfären finns det vattenånga som kan påverka radiosignaens hastighet. Förutom vattenånga orsakar ändringar i väder, ufttryckshumiditets- och temperaturförändringar också störningar (Dana 1995) Andra påverkande faktorer är topografin (möjig öppningsvinke mot sateiterna), antaet tigängiga sateiter och deras inbördes konsteation (PDOP) vid en viss tidpunkt, basinjen som är avståndet mean radiomottagare (rover) och radiosändare (bas) vid DGPS mätning. Även observationstidens ängd, påverkan från omgivande vegetation och mottagarens kvaitet, viken oftast är proportione mot dess pris är viktiga faktorer (Johnsson 2000). 30
Biaga 2. Mätpunkter Mageian 330 och Trimbe PRO XRS.. 5 ".. o 4 2 3 20 O 20 40 60 80 100 Meters.. Mageian Trimbe Pro XRS Figur 13. Hörnpunkter inmätta med Trimb/e PRO XRS och Mageian 330. Tabe 4. Koordinatvärden inmätta med Trimb/e PRO XRS och Mageian 330. Trimbe Pro XRS 60 pas Mageian 330 1 pas Försöksyta 1 Försöksyta 1 z-ditt 1.1 6752746,080 1421575,496 1.1 6752749 1421572 4,5550429 1.2 6752760,818 1421580,228 1.2 6752673 1421401 199,58626 1.3 6752763,817 1421565,406 1.3 6752766 1421559 6,7677415 1.4 6752748,441 1421560,391 1.4 6752760 1421578 21,063888 Försöksyta 2 Försöksyta 2 1.1 6752722,748 1421585,060 1.1 6752730 1421582 7,871 1 565 1.2 6752728,253 1421569,307 1.2 6752727 1421574 4,8573921 1.3 6752712,180 1421564,652 1.3 6752710 1421570 5,7752493 1.4 6752705,072 1421581,71 3 1.4 6752704 1421583 1,6749785 Försöksyta 3 Försöksyta 3 1.1 6752666,237 1421574,214 1.1 6752675 1421577 9,1952142 1.2 6752661,416 1421591,163 1.2 6752665 1421584 8,0095958 1.3 6752677,296 1421597,477 1.3 6752667 1421594 10,867251 1.4 6752683,450 1421580,734 1.4 6752674 1421613 33,621381 Försöksyta 4 Försöksyta 4 1.1 6752715,739 1421477,375 1.1 6752734 1421489 21,64728 1.2 6752700,886 1421485,739 1.2 6752721 1421493 21,38446 1.3 6752710,528 1421502,650 1.3 6752714 1421488 15,055806 1.4 6752726,859 1421491,222 1.4 675271 8 1421480 14,297383 Försöksyta 5 Försöksyta 5 1.1 6752876,701 1421516,503 1.1 6752890 1421502 19,677409 1.2 6752883,070 1421500,566 1.2 6752899 1421508 17,579228 1.3 6752892,347 1421523,831 1.3 6752895 1421522 3,2235028 1.4 6752899,793 1421508,255 1.4 6752884 1421519 19,101672 31