Jämförelse av olika GNSS-mottagare

Jämförelse av olika GNSS-mottagare Mätnoggrannhet i plan och höjd vid användande av nätverks-rtk Comparing GNSS Receivers Horizontal and Vertical Accuracy using Network RTK Andreas Larsson och Patrik Söder Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Mät- och kartteknikprogrammet 120 hp Exmensarbete 7,5 hp Handledare: Uliana Danila Examinator: Jan-Olov Andersson Datum: 2017-01-13 Löpnummer: 2015:3

Förord Efter två år på Mät- och kartteknikprogrammet avslutar detta examensarbete på 7,5 hp våra studier vid Karlstads universitet. Vi vill tacka Johan Lindqvist på Swescan i Karlstad för idén till examensarbetet och för att vi fått tillgång till både instrument och kontakter. Vi vill också tacka Ola Blomgren på Trimtec i Karlstad för tillgång till instrument och ovärderliga kunskaper, samt Per Eriksson på Karlstads kommun för information om de stompunkter som använts vid undersökningen. Dessutom vill vi tacka Martin på driften vid Lantmäteriets SWEPOS-tjänst för att vi fått använda bilder från jonosfärsmonitorn i vårt arbete, och slutligen vår handledare Uliana Danila som ställt upp på att svara på våra frågor i tid och otid. i

Sammanfattning Syftet med examensarbetet var att undersöka och jämföra mätnoggrannheten vid NRTKmätningar hos tre olika GNSS-mottagare i olika prisklass. GNSS-mottagarna som användes är SatLab 300, Leica Viva GS15 och Trimble R10. Studien delades in i två olika mätserier. I mätserie 1 utfördes mätningar på olika avstånd från närmaste fysiska SWEPOS-station (Klass A) för att undersöka skillnader i mätresultat från de olika GNSS-mottagarna. Mätningar i mätserie 1 utfördes i olika områden på avstånd mellan 3 och 4 km (Skåre/Råtorp), 6 och 7 km (Våxnäs/Kronoparken), samt 17 och 20 km (Vålberg/Älvenäs) från närmaste fysiska SWEPOS-station (Klass A). I mätserie 1 användes fem av Karlstads kommuns polygonpunkter och fyra höjdfixar, några med fri sikt och några med delvis skymd sikt söderut pga. träd och/eller byggnader. När inga väsentliga skillnader i resultaten från mätserie 1 med avseende på olika avstånd till SWEPOS-stationen gick att fastställa, utfördes mätserie 2 på färre antal stompunkter belägna i Våxnäs och Kronoparken. Två polygonpunkter och två höjdfixar användes. Mätningarna genomfördes under tio till tjugo minuter vid varje mättillfälle. I mätserie 1 jämfördes SatLab 300 och Leica Viva GS15 mot stompunkterna, och vid mätserie 2 jämfördes SatLab 300, Leica Viva GS15 och Trimble R10 mot stompunkterna. I mätserie 1 mättes snabbpunkter med medelvärdesbildning av 25 epoker in vid varje mättillfälle. Detta upprepades under två återbesök olika dagar. I mätserie 2 mättes snabbpunkter med medelvärdesbildning av cirka 100 epoker in vid varje mättillfälle, vilket upprepades med två återbesök samma dag. Resultaten visar små skillnader i mätkvalitet för de olika GNSS-mottagarna vid mätning med NRTK. Trimble R10 presterar dock oftare ett marginellt bättre resultat i radiell avvikelse jämfört med de övriga GNSS-mottagarna, och marginellt bättre RMS-värden. På platser med svåra mätförhållanden har Leica Viva GS15 svårt att erhålla och hålla kvar fixlösning jämfört med de övriga GNSS-mottagarna, medan SatLab 300 istället erhåller fixlösning mycket lätt under dessa mätförhållanden. Trimble R10 arbetar inte med fixlösning på normalt vis, utan istället presenteras en noggrannhet kontinuerligt. ii

Abstract The objective of this paper was to test and compare three different GNSS-receivers accuracy, using NRTK. The instrument brands and models in the test were SatLab 300, Leica Viva GS15 and Trimble R10. The test was divided into two measurement series. Measurement series 1 was carried out in different areas with distances of 3-4 km (Skåre/Råtorp), 6-7 km (Våxnäs/Kronoparken), and 17-20 km (Vålberg/Älvenäs), respectively, from the closest physical SWEPOS-station (Class A). A total of nine control points in Karlstad municipality were used in measurement series 1, some with a total free line of sight southwards, and others partly obscured by buildings or trees. The results of measurement series 1 shows no significant differences between the tested GNSSreceiver s results regarding to different distances to the SWEPOS-station (Class A). Measurement series 2 focused on measurements was carried out in a more accurate way, at a smaller number of control points located in the Våxnäs and Kronoparken areas. The control points were measured during a period of 10 to 20 minutes at each control point. In measurement series 1 the SatLab 300 and the Leica Viva GS15 with known coordinates at the chosen control points was compared. In measurement series 2 the SatLab 300, the Leica Viva GS15 and the Trimble R10 with known coordinates at the chosen control points were compared. In measurement series 1 fast measurement (1 époque), and an average of 25 époques were measured at every control point, with two return visits, both at different dates. In measurement series 2, fast measurement (1 époque), and an average of 100 époques were measured at every control point, with two return visits at the same date. The overall results show no significant differences in accuracy of measurements using the different receiver s in NRTK-mode. The Trimble R10 results, however shows slightly more accurate results when comparing radial deviation, and slightly better values when comparing RMS, relative to the other GNSS receivers. At control points with an obscured sight of view, the Leica Viva GS15 has difficulties obtaining a fixed solution, and flickers between a fixed and a float state. At those conditions, the SatLab 300 has no problem with obtaining a fixed solution, whereas the Trimble R10 instead works in a different way, continuously presenting the quality of the positioning. iii

Innehåll Förord... i Sammanfattning... ii Abstract... iii Innehåll... iv Figur- och tabellförteckning... vi Ordlista... viii 1 Inledning... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte... 1 1.3 Frågeställningar... 1 1.4 Avgränsning... 1 1.5 Målgrupp... 2 2 Teori och teknik... 3 2.1 Grundläggande GNSS-teori... 3 2.2 NRTK... 3 2.3 SatLab SL300... 4 2.4 Leica Viva CS15/GS15... 4 2.5 Trimble R10/TSC3... 4 3 Metod... 6 3.1 Val av mätmetod... 6 3.2 Val av mätpunkter... 6 3.2.1 Mätserie 1... 6 3.2.2 Mätserie 2... 7 3.3 Valda mätpunkter... 7 3.3.1 Mätserie 1... 7 3.3.2 Mätserie 2... 7 3.4 Praktiskt utförande... 7 3.4.1 Mätserie 1... 7 3.4.2 Mätserie 2... 8 3.5 Utrustning och programvaror... 9 4 Resultat... 10 iv

4.1 Inledning... 10 4.2 Höjd, plan och radiell avvikelse i mätserie 1... 10 4.3 Höjd, plan och radiell avvikelse i mätserie 2... 14 4.4 RMS i mätserie 1 och 2.... 18 4.5 Kommentarer till resultatet... 20 5 Slutsats... 21 6 Referenser... 22 Bilagor... 23 v

Figur- och tabellförteckning Figur 1. Differens i höjd mellan mätresultatet vid snabbpunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter).... 11 Figur 2. Differens i höjd mellan mätresultatet vid medelvärdespunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter).... 11 Figur 3. Radiell avvikelse mellan de inmätta snabbpunkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter).... 12 Figur 4. Radiell avvikelse mellan de inmätta medelvärdespunkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter).... 12 Figur 5. Differens i höjd mellan mätresultatet från snabbpunkter från mätserie 2 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter).... 15 Figur 6. Differens i höjd mellan mätresultatet från medelvärdespunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter).... 15 Figur 7. Radiell avvikelse mellan de inmätta punkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter).... 16 Figur 8. Radiell avvikelse mellan de inmätta punkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter).... 16 Figur 9. Jämförelse i RMS av alla inmätningar i mätserie 1 (skala i meter).... 19 Figur 10. Jämförelse i RMS av alla inmätningar i mätserie 2 (skala i meter).... 20 Figur 11. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2140.... 23 Figur 12. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 3282.... 23 Figur 13. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2146.... 23 Figur 14. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2348.... 24 Figur 15. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 2112.... 24 Figur 16. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 1037002.... 24 Figur 17. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 4173.... 25 Figur 18. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 2471.... 25 Figur 19. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 1071.... 25 Figur 20. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2091.... 26 Figur 21. Jonosfärsförhållanden under första dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015).... 28 Figur 22. Jonosfärsförhållanden under andra dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015).... 28 Figur 23. Jonosfärsförhållanden under tredje dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015).... 29 Figur 24. Jonosfärsförhållanden under dagen för mätserie 2. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015).... 29 Figur 25. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, snabbpunkter i mätserie 1 (skala i meter).... 30 Figur 26. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, medelvärdesbildning av 25 epoker i mätserie 2 (skala i meter).... 30 vi

Figur 27. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, snabbpunkter i mätserie 1 (skala i meter).... 31 Figur 28. Spridning jfr med stompunkternas kända koordinater, medelvärdesbildning av 100 epoker i mätserie 2. Skala i meter.... 31 Tabell 1. stider och datum för Mätserie 1.... 8 Tabell 2. stider och datum för Mätserie 2.... 8 Tabell 3. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (snabbpunkter) i mätserie 1.... 13 Tabell 4. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (medelvärdesbildning) i mätserie 1.... 13 Tabell 5. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (snabbpunkter) i mätserie 2.... 17 Tabell 6. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (medelvärdesbildning) i mätserie 2.... 18 Tabell 7. Samma data som i Figur 9, presenterat i tabellformat.... 19 Tabell 8. Samma data som i Figur 10, presenterat i tabellformat.... 20 Tabell 9. Sammanställning av stompunkter använda i mätserie 1.... 27 Tabell 10. Sammanställning av stompunkter använda i mätserie 2.... 27 vii

Ordlista GNSS (Global Navigation Satellite System), Samlingsnamn för de satellitbaserade positionssystemen GPS, GLONASS, Galileo, QZSS m.fl. GNSS-mottagare, utrustning för att ta emot GNSS-signaler från olika satellitbaserade positionssystem. Består huvudsakligen av en antenn, mottagare och handdator sammankopplade och ibland sammanbyggda i olika konfigurationer. Här menas ett utrustningspaket där alla huvudsakliga delar, såsom antenn, mottagare och handdator kommer från samma tillverkare. HMK, Handbok i Mät- och Kartfrågor, ajourhålls av Lantmäteriet. NRTK, Nätverks-RTK. Radiell avvikelse, = dx²+dy², där dx och dy är skillnaden mellan sant och mätt värde. RH2000, Svenskt rikstäckande höjdsystem. RMS, (Root Mean Square), spridning kring det kända (sanna) värdet = Σr²/n, där Σr² är summan av alla radiella avvikelse i kvadrat, och n = antalet avvikelser. SWEPOS, Lantmäteriets rikstäckande stödsystem för satellitpositionering (NRTK) i Sverige. SWEREF 99 13 30, Lokalt plant koordinatsystem, används i bl.a. Karlstad. viii

1 Inledning 1.1 Bakgrund Det finns allt fler fabrikat och modeller av GNSS-mottagare i olika prisklasser på marknaden. Johan Lindqvist på Swescan i Karlstad har införskaffat en GNSS-mottagare av märket SatLab (SatLab 300) och önskade få kännedom om dess noggrannhet jämfört med andra GNSSmottagare. SatLab är en yngre aktör på marknaden för GNSS-mottagare, jämfört med mer etablerade Trimble och Leica, och har riktat in sig på att sälja sina produkter för ett lägre inköpspris. Också Karlstads universitet har införskaffat en SatLab 300, och en jämförelse med andra GNSS-mottagare är därför intressant att göra. 1.2 Syfte Syftet med examensarbetet var att undersöka noggrannheten vid inmätningar med GNSSmottagare av olika fabrikat. 1.3 Frågeställningar Jämförda GNSS-mottagare av olika fabrikat har inköpspris i väldigt olika prisklass. Frågeställningar utifrån detta är: Hur mycket skiljer sig mätresultaten åt mellan de olika mottagarna? Vad kan motivera ett köp av en dyrare GNSS-mottagare? Vilken metod kan användas för jämförelse? Kan mätresultaten visa på att en GNSS-mottagare är bättre än någon annan? Vad är det som gör att mätresultat kan skilja sig åt? 1.4 Avgränsning Eftersom examensarbetet bara medger studier under loppet av 5 veckor så påverkas arbetet av tidsbrist, vilket resulterat i att en del avgränsningar gjorts. I examensarbetet genomförs mätningar på både polygonpunkter och höjdfixar som tillhandahållits av Per Eriksson (Mätingenjör, lantmäterienheten, Karlstads kommun). Punkterna är utspridda över hela Karlstad för att få olika avstånd till den basstation (SWEPOS-station klass A, fortsättningsvis benämnd SWEPOS-stationen, om ej annat anges), som finns placerad i Djupdalen norr om Karlstad. Tanken med arbetet är att kontrollera hur SatLab 300 ställer sig i mätnoggrannhet gentemot andra GNSS-mottagare i både plana koordinater och i höjd. GNSSmottagare som SatLab 300 jämförs med är Leica Viva GS15 och Trimble R10. Nedan beskrivs de avgränsningar som gjorts för att kunna genomföra arbetet utan att kvaliteten på innehållet påverkats: Andra mätmetoder som DGPS, RTK, statisk mätning, m.fl. är inte fokus för studien. Avståndet mellan punkterna och någon SWEPOS-station har varit begränsad, då de stompunkter som fanns att tillgå inte medgav större avstånd än cirka 20 km till SWEPOSstationen (klass A). De stompunkter som har ett större avstånd än 8 km från SWEPOS- 1

stationen (klass A), har istället ett avstånd på mellan 5-8 km ifrån en annan SWEPOSstation (klass B). Tillgången till olika GNSS-mottagare har varit begränsande för antalet återbesök. Då ett testfält inte finns att tillgå, som t.ex. lantmäteriets testfält i Gävle, så har kommunens stompunkter istället använts. Detta medför merarbete och ökad mätosäkerhet vid uppställning av mätutrustningen. Av tidsbegränsande skäl har stödben använts istället för stativ i hela mätserie 1, samt vid mätning av höjder i mätserie 2. Stompunkterna fick inte bli för många, på grund av tidsåtgång för uppställning av GNSSmottagare för inmätning, och för att hålla nere tidsåtgången för transport mellan punkterna. Elevationsvinkeln har ställts till 15 i mätserie 1 och 13 i mätserie 2. Mätserie 2 omfattar ett betydligt färre antal inmätta stompunkter än mätserie 1, då tiden att utföra mätserie 2 begränsats till en dag. 1.5 Målgrupp Målgrupp för examensarbetet är Swescan och andra företag som inte primärt eller rutinmässigt använder sig av GNSS-mottagare i sitt dagliga arbete, men ser ett behov av att införskaffa en enklare GNSS-mottagare, samt studerande och nyexaminerade från utbildningar inom mätteknik. 2

2 Teori och teknik 2.1 Grundläggande GNSS-teori GNSS-systemen som används idag är uppbyggda på liknande sätt, och består generellt av tre olika segment, rymd-, kontroll-, och användarsegmentet. Kontrollsegmentet står för driftledning och har spårcentraler för att bestämma bandata för satelliterna. Rymdsegmentet består av satelliter som skickar ut en bärvåg (för fasmätning) och en kod (för kodmätning) på flera olika frekvenser. En GNSS-mottagare i användarsegmentet kan därmed bestämma sin position genom att från flera olika satelliter samtidigt erhålla bärvåg eller kod. En GNSS-mottagare kan också kombinera dessa tekniker för att erhålla sin position. (Harrie 2013). Genom att ta emot signaler från minst fyra satelliter samtidigt kan en GNSS-mottagare erhålla en position. Tre satelliter krävs för positionen, och den fjärde för att bestämma klockfel hos GNSSmottagaren. Att bestämma klockfelet är viktigt, då systemet bygger på att alla klockor visar samma tid för att kunna bestämma antal mätta våglängder på bärvågen. Satelliterna sänder ut bärvågssignaler på olika frekvensband, och flera band läggs till med varje ny generation satelliter. Då en GNSS-mottagare kan ta emot signaler på flera olika frekvensband från varje enskild satellit ökar noggrannheten på positionen som erhålls. Antalet kanaler och vilka frekvensband en GNSSmottagare kan hantera kan vara begränsande om det är för få kanaler, eller om nyare frekvensband inte stöds. (Harrie 2013). 2.2 NRTK RTK (Real Time Kinematic), är en teknik för att med relativ fasmätning kunna med 1,5-3 cm noggrannhet i plan bestämma en mottagares position. Innan 1,5-3 cm noggrannhet kan uppnås krävs att periodobekanta löses, varpå mottagaren erhåller vad som brukar benämnas fixlösning. Vid RTK-mätning ställs en GNSS-mottagare upp och tvångscentreras på en plats med kända koordinater, och fungerar som en lokal referensstation mot en andra mottagare (rover) som på ett avstånd på upp till 10 km från referensstationen kan erhålla fixlösning med hjälp av signaler från satelliter och referensstationen. (Harrie 2013). Vid NRTK-mätning samverkar flera basstationer i ett nätverk för att kunna skapa en modell över hur olika felkällor (till exempel atmosfärsstörningar) påverkar rovern och mätresultatet. Referensstationerna kan då befinna sig på ett avstånd upp till 70 km från rovern med i bästa fall lika goda resultat i mätosäkerhet. I Sverige står Lantmäteriet för SWEPOS-systemet med permanenta referensstationer (klass A och B) utspridda över hela landet. Vid NRTK-mätning med SWEPOS-systemet skapas också virtuella referensstationer i närheten av rovern, som också kommunicerar med SWEPOS via datalänk, oftast över mobilnätet. En nackdel med tekniken är att rovern måste ha fri sikt mot tillräckligt antal satelliter för att erhålla fixlösning. Ju fler satelliter som är skymda, desto sämre säkerhet får mätresultatet, och då satellitkonstellationerna kontinuerligt rör sig kan mätresultatet skilja sig på en och samma plats på olika tider. Satellitkonstellationerna upprepas med ett mellanrum av 23 timmar och 56 minuter (gäller NAVSTAR GPS) (Harrie 2013), vilket ger en förskjutning av hur satellitkonstellationerna ser ut från en dag till nästa vid en återkommande given tidpunkt. En inmätning bör därför kontrolleras 3

med ett återbesök vid en annan tidpunkt. Vid ett avstånd av 70 km eller mindre mellan fysiska SWEPOS-stationer kan det anses räcka med en tidsseparation mellan återbesöken på 20/45 minuter för godtagbar plan- respektive höjdnoggrannhet (Odolinski, 2010). Genom medelvärdesbildning av flera återbesök kan om så önskas noggrannare position erhållas på punkten som skall mätas in 2.3 SatLab SL300 SatLab SL 300 (fortsättningsvis benämnd SatLab 300 ), är en förhållandevis ny GNSSmottagare på marknaden, som säljs till ett relativt lågt inköpspris. SatLab 300 kan hantera 120 kanaler och följande frekvenser: GPS: L1, L2, L2C. GLONASS: L1, L2. GALILEO: E1, GIOVE-A, GIOVE-B. SBAS: L1, L5. Förberedd för COMPASS och QZSS. SatLab 300 består av en intern antenn, mottagare och handenhet. För noggrannare mätresultat än ±10 cm vid mätning med NTRK krävs dock extern GNSS-antenn, vilket enligt tillverkaren kan ge mätnoggrannheter ner till ±2 cm. I studien har den externa antennen använts. Om angivna värden gäller horisontellt eller vertikalt framgår inte av tillverkarens tekniska specifikationer. (Satlabgps, 2015). 2.4 Leica Viva CS15/GS15 Leica GS15 är tillsammans med handenhet CS15 en beprövad GNSS-mottagare (fortsättningsvis benämnd Leica Viva GS15 ), som använts av bland annat Lantmäteriet (Allenby, 2014). Leica GS15 kan hantera 120 kanaler, med följande möjliga frekvenser: GPS: L1, L2, L2C, L5. GLONASS: L1, L2. Galileo: E1, E5a, E5b, Alt-BOC. BeiDou: B1, B2. Förberedd för firmware-uppgradering till QZSS: L1, L2, L5. L-band. SBAS. Leica GS15 kan i vissa fall uppgraderas utan merkostnad till 500 kanaler eller mer i framtiden. Vilka satellitsystem, frekvenser och funktioner som kan hanteras går att konfigurera på många olika sätt vid ett införskaffande av GNSS-mottagaren. Vid mätning med NRTK anger tillverkaren en noggrannhet på ner till 8 mm + 0,5 ppm horisontellt och 15 mm + 0,5 ppm vertikalt (Leica Geosystems, 2015). 2.5 Trimble R10/TSC3 Trimble R10 är tillsammans med handenhet TSC3 (fortsättningsvis benämnd Trimble R10 ), också en beprövad GNSS-mottagare. Trimble R10 kan redan från start hantera 440 kanaler, med följande möjliga frekvenser och system: 4

GPS: L1C/A, L1C, L2C, L2E, L5 GLONASS: L1C/A, L1P, L2C/A, L2P, L3 Galileo: E1, E5a, E5b BeiDou: B1, B2 SBAS: L1C/A, L5 QZSS WAAS EGNOS GAGAN Vid mätning med NRTK anger tillverkaren en noggrannhet på ner till 8 mm + 0,5 ppm RMS horisontellt och 15 mm + 0,5 ppm RMS. Trimble R10 har också en inbyggd elektronisk libell som visas i handdatorn med inställbar precision och andra tillverkarspecifika funktioner (HDGNSS, xfill, m.fl.) för att förbättra mätresultaten vid svåra mätförhållanden (Trimble A, 2015). Med HD-GNSS har Trimble frångått den traditionella Flyt/Fixlösningen och redovisar i realtid värden för noggrannheten, istället för att meddela användaren om att fixlösning uppnåtts. Detta gör att till exempel en snabbpunktsmätning inte kan få avvikande resultat beroende på att en dålig fix erhållits (Trimble B, 2012, s. 6-7). 5

3 Metod 3.1 Val av mätmetod Den mätmetod som valts för att ta reda på hur noggrannheten påverkas beroende på vilken GNSS-mottagare man använder är NRTK. Anledningen till valet av NRTK som mätmetod i studien är att den tekniken av Johan Lindqvist hos Swescan anses fullt tillräcklig för deras behov i dagsläget, då GNSS-mottagaren primärt används till att mäta in positioner hos markstöd för flygfotografering med drönare. En medelvärdesbildning av mätningar i 25 respektive 100 epoker genomförs också i mätserie 1 respektive mätserie 2, för att se om denna metod för Swescan meningsfullt kan förbättra resultaten vid användandet av SatLab-mottagaren, jämfört med inmätning med bara snabbpunkter. Mätnoggrannheten kontrolleras i både plan och höjd och jämförs med GNSS-mottagare av andra tillverkare. De GNSS-utrusningar som jämförs med SatLab 300 är Leica Viva GS15 som utlånades av Karlstads universitet samt Trimble R10 som utlånades av Trimtec i Karlstad. 3.2 Val av mätpunkter För att ha bra punkter att jämföra med så har stompunkter tillhandahållits från Karlstad kommun för att kunna mäta och jämföra mot dessa. Punkterna är belägna runt om i Karlstad och lite utspridda för att få olika avstånd till den basstation som finns placerad i Djupdalen utanför Karlstad. Områden som de utvalda stompunkterna finns i är Vålberg, Våxnäs, Skåre, Råtorp och Kronoparken. I de olika områdena så har det gjorts mätningar mot 2-3 punkter mot minst 1 polygonpunkt och 1 höjdfix. Eftersom höjdfixarna har givits mindre noggranna koordinater i plan, men är inmätta i höjd enligt krav uppställda i HMK, så kommer bara höjden att jämföras vid mätningar på höjdfixarna. Då en del av polygonpunkterna inte har givits några höjder, och övriga har trigonometriskt uträknade höjder, jämförs inte höjdresultaten från mätningarna vid polygonpunkterna. Alla inmätta punkter i studien är bruksnätspunkter i Karlstad kommun. Resultatet kan förhoppningsvis påvisa hur olika GNSS-mottagare i olika prisklass ger olika resultat och noggrannhet i mätningarna och vilken GNSS-mottagare som är rätt att använda vid de förutsättningar och behov som finns hos Swescan. Rapporten kan dessutom ge idéer om fortsatta studier inom området och inför framtida examensarbeten. 3.2.1 Mätserie 1 Då inmätningarna Swescan gör sker på varierande platser runt om i landet, med olika avstånd från närmaste SWEPOS-station, och med varierande siktförhållanden, valdes stompunkter för inmätning ut med följande kriterier till mätserie 1: Varierande avstånd från SWEPOS-stationen, 3-4 km, 6-7 km, samt som längst 17-20 km (de senare med 5-8 km till SWEPOS-station klass B). Varierande siktförhållanden. Fri sikt eller delvis av träd eller byggnader skymd sikt. Minst en polygonpunkt eller höjdfix i varje områdesgrupp. Områden med stompunkter i stadsdelarna Kronoparken, Våxnäs, Skåre, Råtorp, samt orten Vålberg begärdes ut från Karlstads kommun. Punktbeskrivningar och en koordinatlista över ett tjugotal stompunkter (polygonpunkter och höjdfixar) tillhandahölls av Per Eriksson vid Karlstad kommun. Koordinatlistan ger punkternas läge i SWEREF 99 13 30 och höjd i RH2000. Efter rekognosering valdes mätpunkter ut enligt uppställda kriterier. 6

3.2.2 Mätserie 2 Inför mätserie 2 utfördes urvalet av stompunkter för inmätning något annorlunda. Ett mindre antal stompunkter i Kronoparken och Våxnäs valdes ut för att få färre transportsträckor, och flera återbesök på varje plats. Stompunkter på delvis skymda och relativt öppna platser valdes ut från samma koordinatlista som i mätserie 1. 3.3 Valda mätpunkter 3.3.1 Mätserie 1 Totalt nio stompunkter valdes ut till mätpunkter i mätserie 1. Stompunkterna är fem polygonpunkter och fyra höjdfixar grupperade på avstånden 3-4, 6, 7, och 17-20 km från närmaste fysiska SWEPOS-station (klass A), belägen vid Djupdalens avfallsstation, ca 7 kilometer norr om Karlstads centrum. Då höjdfixarna inte alltid har exakta koordinater i plan, och polygonpunkterna bara är inmätt trigonometriskt i höjd, kommer bara inmätt höjddata användas vid jämförelse mot höjdfixarna, och inmätta koordinater i plan för polygonpunkterna. För punktbeskrivningar, se Bilaga 1. 3.3.2 Mätserie 2 Totalt fyra stompunkter valdes ut till mätpunkter i mätserie 2. Två stompunkter (en höjdfix och en polygonpunkt) markerade i berg valdes ut i Kronoparken. Två stompunkter (en höjdfix och en polygonpunkt) markerade i större betongfundament valdes ut i Våxnäs. Då höjdfixarna inte alltid har exakta koordinater att tillgå i plan, och polygonpunkterna bara är inmätt trigonometriskt i höjd, kommer bara inmätt höjddata användas vid jämförelse mot höjdfixarna, och inmätta koordinater i plan för polygonpunkterna. För punktbeskrivningar, se Bilaga 1. 3.4 Praktiskt utförande 3.4.1 Mätserie 1 Mätserie 1 är utförd under tre dagar, ett besök på varje stompunkt under varje dag. Se Tabell 1 för besöksdagar och tider. Mätningarna är utförda med för GNSS-mottagarna medföljande mätstång och stödben. Huvudorsak till att mätserie 1 utförts på detta sätt är att få en mätserie utförd på samma sätt som inmätningar faktiskt sker i dagligt arbete med GNSS-mottagare. Kalibrerad trefot med optiskt lod för tvångscentrering med stativ fanns ej att tillgå under tiden mätserie 1 utfördes. Mycket viktigt att ha i åtanke är dock att den valda metoden kan ge systematiska fel beroende på om doslibellen är ordentligt kalibrerad eller inte, om mätstången till antennen är ordentligt rak, eller om mätstångens spets blivit nedsliten över tid. Därför är resultaten från mätserie 1 mer en fingervisning om möjliga skillnader mellan de olika GNSS-mottagarna för att se om deras mätresultat är jämförbara på platser med olika siktförhållanden, och på olika avstånd från SWEPOS fysiska basstationer. 7

Tabell 1. stider och datum för Mätserie 1. sdatum 2015-05-15 2015-05-18 2015-05-19 Tidpunkt (UTC) Tidpunkt (UTC) Tidpunkt (UTC) Punkt nr Start Stopp Start Stopp Start Stopp Kronoparken KD*FIX*2140 12:35 12:55 15:15 15:30 08:50 09:00 KD*POL*3282 13:05 13:15 11:50 12:00 13:25 13:35 Vålberg KD*FIX*2348 15:15 15:25 14:30 14:40 07:55 08:01 KD*POL*2112 15:50 16:00 14:05 14:11 08:10 08:18 KD*FIX*1037002 16:02 16:08 14:12 14:18 08:20 08:25 Skåre - Våxnäs KD*POL*4713 14:00 14:15 12:45 12:51 11:00 11:05 KD*POL*2471 13:40 13:50 13:05 13:13 11:12 11:18 KD*POL*1071 16:35 16:45 13:25 13:30 11:30 11:35 KD*FIX*2091 14:30 14:45 13:35 13:42 11:40 11:47 Hela mätserie 1 utfördes under tider med mycket goda jonosfärsförhållanden under samtliga tre besöksdagar, där Mätosäkerheten ökar obetydligt (<15% i [sic] vertikalt) och möjligheten att få fixlösning påverkas ej. (Lantmäteriet, 2015). Se Figur 21-23 i bilaga 2 för jonosfärsförhållanden under mätserie 1. 3.4.2 Mätserie 2 Mätserie 2 är utförd med tre besök på varje stompunkt under en dag. Se Tabell 2 för besöksdag och tider. Höjdmätningarna är utförda med för GNSS-mottagarna medföljande mätstång, samt stödben, vilket bedömdes vara den mest exakta metoden att tillgå för att mäta in höjder. Eventuell förslitning på mätstångens spets kan fortfarande påverka resultatet på upp till en centimeters noggrannhet i höjd vid jämförelse mellan de olika GNSS-mottagarna, men obetydligt (< 1 mm) vid jämförelse mellan de enskilda GNSS-mottagarnas återbesöksresultat. Mätningar på polygonpunkter utfördes med antennen placerad på en av serviceverkstad nykalibrerad och kontrollerad trefot monterad på stativ, som sedan tvångscentrerats över polygonpunkten. Detta för att få så noggranna mätresultat i plan som möjligt. Tabell 2. stider och datum för Mätserie 2. sdatum Tidpunkt (UTC) 2015-05-26 Mätomgång 1 Mätomgång 2 Mätomgång 3 punkt nr Start Stopp Start Stopp Start Stopp Kronoparken KD*FIX*2146 08:45 09:05 13:10 13:27 15:55 16:05 KD*POL*3282 09:30 09:50 12:39 12:55 15:25 15:40 Våxnäs KD*POL*1071 11:15 11:30 16:15 16:35 16:40 16:51 KD*FIX*2091 12:00 12:15 13:40 14:00 16:15 16:28 8

Mätserie 2 utfördes vid 3 mätomgångar under samma dag. Den första mätomgången vid tider med goda, och de följande två vid tider med mycket goda jonosfärsförhållanden där Mätosäkerheten ökar obetydligt (<15% i [sic] vertikalt) och möjligheten att få fixlösning påverkas ej (Lantmäteriet, 2015). Se Figur 24 i Bilaga 2 för jonosfärsförhållanden under mätserie 2. 3.5 Utrustning och programvaror Utrustning som använts i undersökningen är följande: SatLab 300 med medföljande extern antenn, samt medföljande mätstång och libell Leica Viva GS15 med CS15 handdator, samt medföljande mätstång och libell Trimble R10 med TSC3 handdator, samt medföljande mätstång och libell Trefot Stativ Programvaror som använts: Carlson Inc.In SurvCE Leica SmartWorx 10,1 Trimble Access SBG Geo Professional School Version 2012.1.774.0 Microsoft Office Professional Plus 2010, Word 2013 9

4 Resultat 4.1 Inledning För att visualisera resultatet har figurer och tabeller skapats för att lättare kunna se vilka mätningar som sticker ut när det gäller noggrannheten i höjd och den radiella avvikelsen. Figurerna baseras på differensen i höjd mellan inmätningarna och kommunens höjdfixar för höjder, samt radiell avvikelse mellan kända och inmätta värden på kommunens polygonpunkter för koordinater i plan. Resultaten från de två mätserierna redovisas separat, se 4.2 och 4.3. För RMS från båda mätserierna, se 4.4. 4.2 Höjd, plan och radiell avvikelse i mätserie 1 Genom undersöka mätresultaten från mätserie 1, så är det svårt att dra någon definitiv slutsats när det gäller de olika GNSS-mottagarnas mätnoggrannhet då det inte gjorts någon kalibrering av libeller och inte använts något stativ utan bara mätstång med stödben. Men eftersom doslibellerna inte har någon större inverkan på höjdresultatet så är det främst höjden som kan anses vara ett pålitligt resultat i mätserie 1. Se Figur 1 och 2 för att se differens i höjd samt Figur 3 och 4 för radiell avvikelse i plan mellan instrumenten i mätserie 1. Se Tabell 3 och 4 för differens i plan och höjd samt radiell avvikelse och medelvärden från mätserie 1 jämfört med stompunkternas kända koordinater. Se Bilaga 3, Figur 25 och 26 för spridning i plan vid snabbpunkter respektive medelvärdesbildning av 25 epoker på varje inmätning. 10

KD*FIX*2091 KD*FIX*2091 KD*FIX*2091 KD*FIX*2140 KD*FIX*2140 KD*FIX*2140 KD*FIX*2348 KD*FIX*2348 KD*FIX*2348 KD*FIX*1037002 KD*FIX*1037002 KD*FIX*1037002 KD*FIX*2091 KD*FIX*2091 KD*FIX*2091 KD*FIX*2140 KD*FIX*2140 KD*FIX*2140 KD*FIX*2348 KD*FIX*2348 KD*FIX*2348 KD*FIX*1037002 KD*FIX*1037002 KD*FIX*1037002 1 2 3 1 2 Snabbpunkter dh 3 1 2 3 1 2 3 0,060 0,040 0,020 SatLab 300 Leica Viva GS15 0,000-0,020-0,040-0,060-0,080 Figur 1. Differens i höjd mellan mätresultatet vid snabbpunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter). 1 2 3 1 Medelvärdespunkter dh 2 3 1 2 3 1 2 3 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000-0,020-0,040-0,060-0,080 SatLab 300 Leica Viva GS15 Figur 2. Differens i höjd mellan mätresultatet vid medelvärdespunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter). 11

KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*2112 KD*POL*2112 KD*POL*2112 KD*POL*2471 KD*POL*2471 KD*POL*2471 KD*POL*3282 KD*POL*3282 KD*POL*3282 KD*POL*4713 KD*POL*4713 KD*POL*4713 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*2112 KD*POL*2112 KD*POL*2112 KD*POL*2471 KD*POL*2471 KD*POL*2471 KD*POL*3282 KD*POL*3282 KD*POL*3282 KD*POL*4713 KD*POL*4713 KD*POL*4713 Mätserie 1 Radiell avvikelse Snabbpunkter 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 SatLab 300 Leica Viva GS15 Figur 3. Radiell avvikelse mellan de inmätta snabbpunkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter). Mätserie 1 Radiell avvikelse Medelvärdespunkter 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 1 2 3 1 2 3 1 SatLab 300 2 3 1 Leica Viva GS15 2 3 1 2 3 Figur 4. Radiell avvikelse mellan de inmätta medelvärdespunkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter). 12

Tabell 3. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (snabbpunkter) i mätserie 1. Mätserie 1 SatLab 300 Diff 150515 Diff 150518 Diff 150519 Snabbpunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,001-0,006 0,006 0,022-0,024 0,032 0,013-0,003 0,013 KD*FIX*2091-0,044-0,014-0,052 KD*POL*2112 0,007-0,002 0,007-0,004-0,007 0,008 0,010 0,017 0,020 KD*FIX*2140 0,001-0,042-0,005 KD*FIX*2348-0,015-0,017 0,001 KD*POL*2471-0,019 0,012 0,023-0,003 0,008 0,009 0,003-0,004 0,005 KD*POL*3282-0,010-0,011 0,015 0,000-0,002 0,002 0,000-0,010 0,010 KD*POL*4713 0,023-0,009 0,025 0,017-0,016 0,024 0,019-0,003 0,019 KD*FIX*1037002-0,002 0,004 0,041 Medelvärde= 0,001-0,003-0,058 0,015 0,007-0,008-0,072 0,015 0,009 0,000-0,045 0,013 Leica Viva GS15 Diff 150515 Diff 150518 Diff 150519 Snabbpunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,009-0,010 0,013 0,010-0,012 0,016 0,016-0,008 0,018 KD*FIX*2091-0,036-0,030-0,059 KD*POL*2112-0,009-0,005 0,010-0,016 0,004 0,016 0,013 0,008 0,015 KD*FIX*2140-0,036 0,008 0,040 KD*FIX*2348 0,018 0,024-0,002 KD*POL*2471-0,011 0,007 0,013-0,009 0,021 0,023 0,016-0,002 0,016 KD*POL*3282 0,022-0,016 0,027 0,025-0,019 0,031 0,011-0,007 0,013 KD*POL*4713 0,016-0,007 0,017 0,022 0,000 0,022 0,005-0,016 0,017 KD*FIX*1037002-0,014 0,052-0,034 Medelvärde= 0,005-0,006-0,017 0,016 0,006-0,001 0,013 0,022 0,012-0,005-0,014 0,016 Tabell 4. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (medelvärdesbildning) i mätserie 1. Mätserie 1 SatLab 300 Diff 150515 Diff 150518 Diff 150519 Medelvärdespunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,004-0,004 0,005 0,019-0,023 0,030 0,017-0,005 0,018 KD*FIX*2091-0,047-0,019-0,054 KD*POL*2112 0,003-0,013 0,013-0,009-0,006 0,011 0,004 0,011 0,012 KD*FIX*2140 0,014-0,021 0,007 KD*FIX*2348-0,012-0,013 0,013 KD*POL*2471-0,021 0,014 0,025 0,004 0,014 0,014-0,002-0,003 0,004 KD*POL*3282-0,007-0,010 0,012 0,004-0,008 0,009 0,000-0,007 0,007 KD*POL*4713 0,027-0,007 0,028 0,012-0,011 0,017 0,025 0,002 0,025 KD*FIX*1037002-0,003-0,006 0,060 Medelvärde= 0,001-0,004-0,012 0,017 0,006-0,007-0,015 0,016 0,009 0,000 0,007 0,013 Leica Viva GS15 Diff 150515 Diff 150518 Diff 150519 Medelvärdespunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,007-0,010 0,012 0,012-0,011 0,016 0,021-0,010 0,023 KD*FIX*2091-0,018-0,053-0,059 KD*POL*2112 0,011-0,003 0,011-0,012-0,003 0,012 0,015-0,001 0,015 KD*FIX*2140 0,008-0,028 0,001 KD*FIX*2348-0,008-0,009 0,013 KD*POL*2471-0,002 0,006 0,006 0,001 0,017 0,017 0,012-0,006 0,013 KD*POL*3282 0,012-0,018 0,022 0,020-0,011 0,023 0,010-0,012 0,016 KD*POL*4713 0,009-0,008 0,012 0,015-0,003 0,015 0,007-0,017 0,018 KD*FIX*1037002 0,013 0,054-0,044 Medelvärde= 0,007-0,007-0,001 0,013 0,007-0,002-0,009 0,017 0,013-0,009-0,022 0,017 13

4.3 Höjd, plan och radiell avvikelse i mätserie 2 I mätserie 2 har doslibell och optiskt lod på trefoten och libeller på mätstängerna kalibrerats, vilka annars kan vara en felkälla vad gäller noggrannhet hos resultaten i plan. Se Figur 5 och 6 för att se differens i höjd samt Figur 7 och 8 för att se radiell avvikelse i plan mellan instrumenten i mätserie 2. Se Tabell 5 och 6 för differens i plan och höjd samt radiell avvikelse och medelvärden från mätserie 2 jämfört med stompunkternas kända koordinater. Se Bilaga 3, Figur 27 och 28 för spridning i plan vid snabbpunkter respektive medelvärdesbildning av 100 epoker på varje inmätning. 14

KD*FIX*2091 KD*FIX*2091 KD*FIX*2091 KD*FIX*2146 KD*FIX*2146 KD*FIX*2146 KD*FIX*2091 KD*FIX*2091 KD*FIX*2091 KD*FIX*2146 KD*FIX*2146 KD*FIX*2146 Snabbpunkter dh 1 2 3 1 2 3 0,010 0,000-0,010-0,020-0,030 SatLab 300 Leica Viva GS15 Trimble R10-0,040-0,050-0,060-0,070 Figur 5. Differens i höjd mellan mätresultatet från snabbpunkter från mätserie 2 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter). Medelvärdespunkter dh 1 2 3 1 2 3 0,010 0,000-0,010-0,020-0,030 SatLab 300 Leica Viva GS15 Trimble R10-0,040-0,050-0,060-0,070 Figur 6. Differens i höjd mellan mätresultatet från medelvärdespunkter från mätserie 1 och kommunens höjdfixar. Varje enskild höjdfix inringad i svart (skala i meter). 15

0,030 Mätserie 2 Radiell avvikelse Snabbpunkter 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*3282 KD*POL*3282 KD*POL*3282 1 2 3 1 2 3 SatLab 300 Leica Viva GS15 Trimble R10 Figur 7. Radiell avvikelse mellan de inmätta punkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter). Mätserie 2 Radiell avvikelse Medelvärdespunkter 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*1071 KD*POL*3282 KD*POL*3282 KD*POL*3282 1 2 3 1 2 3 SatLab 300 Leica Viva GS15 Trimble R10 Figur 8. Radiell avvikelse mellan de inmätta punkterna och kommunens polygonpunkter. Även hur den radiella avvikelsen skiljer sig mellan återbesöken som gjorts (skala i meter). 16

Tabell 5. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (snabbpunkter) i mätserie 2. Mätserie 2 SatLab 300 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526 Snabbpunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,026-0,011 0,028 0,010-0,021 0,023 0,017-0,012 0,020 KD*FIX*2091-0,046-0,064-0,034 KD*FIX*2146 0,001-0,008-0,005 KD*POL*3282 0,013-0,015 0,020 0,001-0,010 0,010-0,001-0,022 0,022 Medelvärde= 0,020-0,013-0,022 0,024 0,005-0,015-0,036 0,016 0,008-0,017-0,019 0,021 Leica Viva GS15 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526 Snabbpunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,024-0,014 0,028 0,001-0,022 0,022 0,017-0,008 0,019 KD*FIX*2091-0,056-0,003-0,041 KD*FIX*2146-0,007-0,024 0,001 KD*POL*3282 0,008-0,015 0,017 0,016-0,006 0,017 0,007-0,019 0,020 Medelvärde= 0,016-0,015-0,032 0,022 0,008-0,014-0,014 0,020 0,012-0,014-0,020 0,020 Trimble R10 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526 Snabbpunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,020-0,008 0,022 0,007-0,016 0,017 0,014-0,010 0,017 KD*FIX*2091-0,054-0,046-0,042 KD*FIX*2146-0,015-0,022-0,008 KD*POL*3282 0,018-0,014 0,023 0,016-0,005 0,017 0,014-0,004 0,015 Medelvärde= 0,019-0,011-0,035 0,022 0,012-0,011-0,034 0,017 0,014-0,007-0,025 0,016 17

Tabell 6. Differensen mellan stompunkternas kända koordinater och uppmätta koordinater i plan och höjd, samt radiell avvikelse vid inmätningarna (medelvärdesbildning) i mätserie 2. Mätserie 2 SatLab 300 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526 Medelvärdespunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,025-0,012 0,028 0,009-0,021 0,023 0,018-0,011 0,022 KD*FIX*2091-0,056-0,056-0,042 KD*FIX*2146 0,006-0,007-0,009 KD*POL*3282 0,014-0,008 0,016 0,010-0,009 0,013 0,009-0,018 0,020 Medelvärde= 0,019-0,010-0,025 0,022 0,010-0,015-0,031 0,018 0,014-0,015-0,025 0,021 Leica Viva GS15 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526 Medelvärdespunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,029-0,013 0,032-0,003-0,020 0,020 0,015-0,010 0,018 KD*FIX*2091-0,058-0,043-0,043 KD*FIX*2146-0,012-0,015-0,003 KD*POL*3282 0,012-0,015 0,019 0,021-0,003 0,021 0,011-0,017 0,020 Medelvärde= 0,021-0,014-0,035 0,025 0,009-0,012-0,029 0,021 0,013-0,014-0,023 0,019 Trimble R10 Diff 150526 Diff 150526 Diff 150526 Medelvärdespunkter 1 2 3 PT_ID Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv Diff N Diff E Diff H rad avv KD*POL*1071 0,020-0,010 0,022 0,008-0,019 0,021 0,015-0,012 0,019 KD*FIX*2091-0,058-0,047-0,045 KD*FIX*2146-0,012-0,018-0,010 KD*POL*3282 0,018-0,012 0,022 0,013-0,003 0,013 0,012-0,009 0,015 Medelvärde= 0,019-0,011-0,035 0,022 0,011-0,011-0,033 0,017 0,014-0,011-0,028 0,017 4.4 RMS i mätserie 1 och 2. RMS är ett kvalitetsmått på mätresultat. I mätserie 1 är den största avvikelsen i RMS 3,4 mm i höjd på snabbpunkterna, och 3,3 mm på medelvärdespunkterna. Se Figur 9 och Tabell 7 för resultat från mätserie 1. I Mätserie 2 visar resultatet vid jämförelse av RMS på att Trimble R10 överlag har cirka 4-5 mm lägre RMS i öst-västlig riktning än de andra GNSS-mottagarna, och cirka 2-3 mm lägre RMS när radiell avvikelse jämförs. Leica Viva GS15 har cirka 5 mm lägre RMS än övriga GNSS-mottagare vad gäller höjder när snabbpunkter mäts in, detta beror dock på en avvikelse från en enda punkt i inmätningen, varför någon större vikt här inte kan läggas på skillnaden i resultat. I övrigt är de olika GNSS-mottagarna jämförbara vad gäller resultat i RMS på ett par (<5) millimeter när. Se Figur 10 och Tabell 8 för resultat från mätserie 2. 18

0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 Snabbpunkter Medelvärdespunkter 0,005 0,000 RMS N RMS E RMS H SatLab 300 RMS Rad avv RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv Leica Viva GS15 Figur 9. Jämförelse i RMS av alla inmätningar i mätserie 1 (skala i meter). Tabell 7. Samma data som i Figur 9, presenterat i tabellformat. SatLab 300 Leica Viva GS15 RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv Snabbpunkter 0,013 0,011 0,027 0,017 0,015 0,011 0,034 0,019 Medelvärdespunkter 0,014 0,011 0,029 0,017 0,012 0,010 0,033 0,016 19

0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 Snabbpunkter Medelvärdespunkter 0,005 0,000 RMS N RMS E RMS RMS H Rad avv RMS N RMS E RMS RMS H Rad avv RMS N RMS E RMS RMS H Rad avv SATLAB 300 Leica Viva GS15 Trimble R10 Figur 10. Jämförelse i RMS av alla inmätningar i mätserie 2 (skala i meter). Tabell 8. Samma data som i Figur 10, presenterat i tabellformat. SATLAB 300 Leica Viva GS15 Trimble R10 RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv RMS N RMS E RMS H RMS Rad avv Snabbpunkter 0,014 0,016 0,035 0,021 0,014 0,015 0,030 0,021 0,015 0,010 0,036 0,019 Medelvärdespunkter 0,015 0,014 0,037 0,021 0,017 0,014 0,035 0,022 0,015 0,012 0,037 0,019 4.5 Kommentarer till resultatet I mätserie 1 har ingen kalibrering av doslibeller och vanliga mätstångslibeller gjorts innan mätningarna, vilket förväntades ge större radiella avvikelser i mätresultaten än i de faktiska resultat som erhölls. Då mätningar med mätstång och stödben gjorts vid polygonpunkter i mätserie 1, kan resultatet från dessa mätningar i plan inte anses tillförlitliga. Det blir därför svårt att dra några egentliga slutsatser om GNSS-mottagarnas skillnader i mätserie 1, även om de här genererat till synes likvärdiga resultat. I mätserie 2 har istället stativ använts vid polygonpunkterna och mätstång med stödben bara vid höjdfixarna, för att få en säkrare faktiskt placering av GNSS-mottagarna. I mätserie 2 har även doslibeller och optiskt lod på trefötter som använts för centrering vid mätningar i plan kalibrerats av Trimtec i Karlstad. Därför kan man säkert säga att mätserie 2 resulterat i ett mer kvalitativt resultat än mätserie 1. På grund av ovan nämnda förutsättningar bör RMS ha blivit bättre i mätserie 2 än i mätserie 1, men resultaten i Figur 9 och 10 visar att så inte är fallet. Anledningen till detta är att mätserie 1 grundar sig på fem olika polygonpunkter, varav tre stycken är rör i berg, men vid mätserie 2 användes bara två av dessa fem punkter, varav en är rör i berg. Det finns också lokala avvikelser i stomnätet som användes, se Bilaga 3. 20

5 Slutsats De mätningar som utförts har skett problemfritt, under goda jonosfärsförhållanden, de olika GNSS-utrusningarna presterat likvärdiga resultat vid alla våra mätningar. SatLab-mottagaren har under studien ofta haft lättare att erhålla fixlösning jämfört med Leicas mottagare vid svårare siktförhållanden, kanske kan en mer omfattande studie peka på anledningen till detta. En mer omfattande studie skulle också kunna säkerställa den enda egentliga skillnaden i resultaten; att den radiella avvikelsen och RMS (speciellt i öst-västlig riktning) blir lägre (cirka 5 mm) med Trimblemottagaren än med SatLab- och Leica-mottagarna, och att i övrigt är skillnaden i RMS liten (ofta 2-3 mm, men aldrig mer än 6 mm) i resultaten från mätserie 2. Det är svårt att avgöra vilket instrument som mäter mest noggrant, då resultaten på många sätt är likvärdiga, och de avvikelser som finns inte kan påvisas bero på GNSS-mottagarna. De olika GNSS-utrustningarna kan vara olika bra för olika tillämpningar, men här har enbart mätning med NRTK undersökts. Resultaten av mätningarna visar att SatLab 300 presterar likvärdigt (vid NRTK-mätningar på ett avstånd mellan 3-8 km från en SWEPOS-station klass A samt 17-20 km från en SWEPOS-station klass A och 5-8 km klass B), med Leica Viva GS15 och Trimble R10. Att systematiskt pröva dessa vid situationer där dåliga förutsättningar för GNSS-mätningar råder har visat sig vara svårt, då många faktorer såsom jonosfärsstörningar, flervägsfel, skymd sikt och andra svårkontrollerade felkällor väger in. Att göra en liknande undersökning där till exempel flervägsfel eller skymd sikt ges en mer kontrollerad påverkan på GNSS-utrustningarna kan vara en idé till framtida studier, då kan eventuellt större skillnader mellan de olika GNSS-mottagarnas mätresultat visa sig. Något som har är mycket viktigt är att kontinuerligt kontrollera och kalibrera sin utrustning för att undvika att mätresultat blir dåliga. Detta är en aspekt som kan ha mycket större inverkan på ett mätresultat vid NRTK-mätning än vilket fabrikat GNSS-mottagaren har, åtminstone då övriga förutsättningar för NRTK-mätning är goda. Då kan till exempel frågan om vilken support, programvara, och materiel som ingår vid införskaffande av en GNSS-mottagare eller andra faktorer än priset bli viktiga att ta hänsyn till. Vilken GNSS-mottagare som är mest värd att införskaffa handlar om vilka tillämpningar som prioriteras, vad man vill göra med utrustningen och vilka funktioner som behövs för användaren. Vad gäller behovet hos Swescan, kan sägas att SatLab 300 fungerar bra vid mätning med NRTK och snabbpunkter, under förutsättning att återbesök görs på alla inmätta punkter för att kontrollera att inte någon blivit inmätt med en dålig fix, och att flygunderstödpunkterna som skall mätas in placeras så att sikten hålls fri söderut. Detta kan dock också sägas gälla generellt vid NRTK-mätning. Att göra medelvärdesbildning på en punkt från flera epoker är inte nödvändigt i dagsläget, om det handlar om att mäta in flygunderstödspunkter, under förutsättning att instrumenten kalibreras och underhålls regelbundet. För att få resultat som med större noggrannhet kan särskilja de olika GNSS-mottagarnas mätresultat vid NRTK-mätning, krävs ett större antal mätningar över tid, eller att det finns mätpunkter att tillgå som är mer noggrant inmätta än de polygonpunkter som här använts. Närheten till en SWEPOS-station klass A har heller inte visat sig ha någon mätbar inverkan på resultaten, då dessa skillnader är för små för att kunna upptäckas med ovan nämnda förutsättningar, se också bilaga 3 för avvikelser. 21

6 Referenser Allenby, P. 2014. Enkelstations-RTK eller Nätverks-RTK i naturvårdsuppdrag. Hämtad 2015-05-27, från http://kau.diva-portal.org/smash/get/diva2:752467/fulltext02.pdf Harrie, L. (red.). 2013. Geografisk informationsbehandling. 6.uppl. Lund: Studentlitteratur AB. Lantmäteriet (u.å.). Jonosfärsmonitor. Hämtad 2015-05-15, 2015-05-18, 2015-05-19 och 2015-05-26, från https://swepos.lantmateriet.se/tjanster/jonomonitor/jonomonitor_fs.aspx Leica Geosystems (u.å.). Leica Viva GNSS GS15 receiver Datasheet. Hämtad 2015-06-01, från http://www.leica-geosystems.com/downloads123/zz/gpsgis/viva%20gnss/brochuresdatasheet/leica_viva_gnss_gs15_receiver_ds_en.pdf Odolinski, R. 2010. Studie av noggrannhet och tidskorrelationer vid mätning med nätverks-rtk. Hämtad 2015-06-01 från http://www.lantmateriet.se/globalassets/kartor-och-geografiskinformation/gps-och-matning/geodesi/rapporter_publikationer/rapporter/lmvrapport_2010_2.pdf SatLabgps (u.å.). Technical Specifications. Hämtad 2015-06-01, från http://www.satlabgps.com/en/products/sl300/technical-specifications.aspx Trimble A (u.å.). TRIMBLE R10 GNSS. Hämtad 2015-06-09, från http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/get/document-653969/022543-544e- SWE_TrimbleR10_DS_1014_LR.pdf Trimble B. 2012. TRIMBLE HD-GNSS PROCESSING. Hämtad 2015-05-25, från http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/get/document-629483/022543-550_trimble%20hd-gnss%20white%20paper%20-%20english.pdf 22

Bilaga 1 Punktbeskrivningar Se Tabell 9 och 10 för koordinater till använda stompunkter i mätserie 1 respektive mätserie 2. Kronoparken Höjdfix 2140 har av byggnader och enstaka uppväxta tallar delvis skymd sikt söderut, Se Figur 11. Figur 11. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2140. Polygonpunkt 3282 har relativt obegränsad sikt söderut, Se Figur 12. Figur 12. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 3282. Höjdfix 2146 har relativt god sikt söderut, men ganska jämt fördelade trädkronor som kan störa signalen från satelliter med en elevationsvinkel från rovern upp till cirka 20. Se Figur 23. Figur 13. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2146. 23

Vålberg Höjdfix 2348 har ganska begränsad sikt söderut, som hindras av skogbeväxt berg åt sydväst, en bro över vägen söderut, och täta uppväxta björkar mot sydöst. Se Figur 14. Figur 14. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2348. Polygonpunkt 2112 har mycket bra sikt söderut, med enstaka uppväxta lövträd mot sydöst. Se Figur 15. Figur 15. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 2112. Höjdfix 1037002 har ungefär samma förutsättningar som polygonpunkt 2112, då den är belägen cirka 30 m österut, De enstaka lövträden skymmer dock något mer. Se Figur 16. Figur 16. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 1037002. 24

Skåre Våxnäs Polygonpunkt 4713 har ganska bra sikt söderut, skymd av ett mindre lövträd, Se Figur 17. Figur 17. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 4173. Polygonpunkt 2471 ligger i däcksel i en gatukorsning i ett villaområde med låg bebyggelse, som inte antas skymma sikten nämnvärt, Se Figur 18. Figur 18. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 2471. Polygonpunkt 1071 har mycket bra sikt söderut över en gräsplan, Se Figur 19. Figur 19. Panoramavy öst-syd-väst från polygonpunkt 1071. Höjdfix 2091 har mellan syd och öst helt skymd sikt av en byggnad, i övrigt enstaka lövträd på en gräsplan, Se Figur 20. 25

Figur 20. Panoramavy öst-syd-väst från höjdfix 2091. 26

Punktförteckningar Tabell 9. Sammanställning av stompunkter använda i mätserie 1. Kronoparken Avstånd till Djupdalens SWEPOS-station (klass A) SWEREF 99 13 30 N E H Km Typ av punktmarkering KD*FIX*2140 6587968,831 154486,594 94,865 6 Dubb i berg KD*POL*3282 6587582,663 154474,852 6 Rör i berg Vålberg SWEREF 99 13 30 KD*FIX*2348 6584621,355 131881,224 51,292 20 (5 till station klass B) KD*POL*2112 6587544,007 134038,010 60,547 17 (8 till station klass B) KD*FIX*1037002 6587548,187 134062,718 59,992 17 (8 till station klass B) Dubb i berg Rör i berg Dubb i berg Skåre - Våxnäs SWEREF 99 13 30 KD*POL*4713 6590196,367 146689,454 72,977 4 Rör i berg KD*POL*2471 6589436,959 148832,559 3 Rör i mark med däcksel KD*POL*1071 6585650,544 148416,687 7 Rör i betongfundament KD*FIX*2091 6585586,576 147903,205 49,261 7 Dubb i betongfundament Tabell 10. Sammanställning av stompunkter använda i mätserie 2. Kronoparken Avstånd till Djupdalens SWEPOS-station SWEREF 99 13 30 N E H Km KD*POL*3282 6587582,663 154474,852 6 Rör i berg KD*FIX*2146 6587962,209 153883,878 97,683 5 Dubb i berg Våxnäs SWEREF 99 13 30 KD*POL*1071 6585650,544 148416,687 7 Rör i betongfundament KD*FIX*2091 6585586,576 147903,205 49,261 7 Dubb i betongfundament 27

Bilaga 2 Jonosfärsförhållanden Då den svarta kurvan finns inom de två gröna fälten längst ned i Figur 21-24, definieras jonosfärens inverkan på mätosäkerheten som Mätosäkerheten ökar obetydligt (<15 % i [sic] vertikalt) och möjligheten att få fixlösning påverkas ej. (Lantmäteriet, 2015). Figur 21. Jonosfärsförhållanden under första dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015). Figur 22. Jonosfärsförhållanden under andra dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015). 28

Figur 23. Jonosfärsförhållanden under tredje dagen av mätserie 1. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015). Figur 24. Jonosfärsförhållanden under dagen för mätserie 2. Tider angivna i UTC (Lantmäteriet, 2015). 29