PINDALA MÄÄRAMINE GIS-GNSS-SEADMEGA NING ERINEVATE TEGURITE MÕJU TULEMUSELE

Transcription

1 EESTI MAAÜLIKOOL Metsandus- ja maaehitusinstituut Karin Sabalisk PINDALA MÄÄRAMINE GIS-GNSS-SEADMEGA NING ERINEVATE TEGURITE MÕJU TULEMUSELE AREA DESIGNATION GIS GNSS EQUIPMENT AND THE RESULT OF THE INFLUENCE OF VARIOUS FACTORS Magistritöö Geodeesia õppekava Juhendaja: lektor Kristina Türk, MSc Tartu 2017

2 Eesti Maaülikool Magistritöö lühikokkuvõte Kreutzwaldi 1, Tartu Autor: Karin Sabalisk Õppekava: Geodeesia Pealkiri: Pindala määramine GIS-GNSS-seadmega ning erinevate tegurite mõju tulemusele Lehekülgi: 73 Jooniseid: 21 Tabeleid: 18 Lisasid: 10 Osakond: Geomaatika Uurimisvaldkond: Geodeesia Juhendaja: Kristina Türk Kaitsmiskoht ja aasta: Tartu 2017 Tänapäeval kasutatakse RTK/GIS-GNSS seadmeid laialdaselt ja mitmes valdkonnas. Suurimaks RTK GNSS-seadmete kasutajateks on maamõõtjad (geodeedid, maamõõtmist teostavad isikud). Pindala õige määramine väga oluline just eelkõige maaomaniku enda, aga ka ametiasutuste (nt PRIA) jaoks. Sest täpsed mõõtmisandmed viivad õigete tulemusteni dokumentides ja ühtse arusaamiseni mõõtmistulemustest. Töö eesmärk on välja selgitada kas GIS-GNSS-seadmetele saab teostada valideerimisprotsessi RTK parandiga VRS-võrgust ning võrrelda erinevaid seadmeid omavahel. Selleks viidi läbi katsemõõtmised kuuel erineva kuju ja tingimustega katsemaaüksusel, kus teostati mõõtmised nii reaalaja paranditega kui ilma paranditeta, et oleks olemas võrdlusmoment. Mõõtmised teostati 8 sessioonina, kus igas sessioonis oli 4 kordust (2 päripäeva, 2 vastupäeva). Töö tulemusena selgus, et kasutatud neljast seadmest kolmel jäi täpsus alla 0,5 meetri ehk III klass. Tulemused on järgmised: SP80 0,17 m; SP60 0,16 m; MM120 (RTK) 0,29 m; MM120 (PP) 0,47 m. I klassi kuulus seade MM50, mille tulemus jäi vahemikku 0,75 1,00 m. MM50 ilma parandita tulemus on 2,69 m. Seega, võib kasutada põldude pindala määramisel MM120 (RTK) seadet, kus on kasutusel nii GPS kui ka GLONASS. Ja need kolm seadet läbisid valideerimistesti. Antud töö tulemustest selgub, et valideerimistulemused kasutatud seadmetel jäid sarnastesse piiridesse varasemalt läbiviidud katsetega. Näiteks 2011 aastal Itaalias teostatud

3 katses, lähtudes samast juhendist, jäid tulemused I kuni III klassi, nii ka nüüd läbi viidud katses. Seega on tehtud töö tulemuslik ja kasutatav edaspidistes projektides. Märksõnad: GIS-GNSS, Spectra Precision, MobileMapper, pindala määramine

4 Estonian University of Life Sciences Abstract of Master s Thesis Kreutzwaldi 1, Tartu Author: Karin Sabalisk Specialty: Geodesy Title: Area designation GIS GNSS equipment and the result of the influence of various factors Pages: 73 Figures: 21 Tables: 18 Appendixes: 10 Department: Geomatics Field of research: Geodesy Supervisor: Kristina Türk Place and date: Tartu 2017 Nowadays RTK/GIS-GNSS devices are used widely and in different areas. RTK GNSS devices are mostly used by land surveyors (geodesists, surveyors). The correct assessment of area is very important mainly to the landowner, but also to different establishments (e.g. PRIA). Accurate measurement data gives right results in documents and also same understanding of the results of measurements. The goal of this work is to find out could validation process with RTK correction be carried out on GIS-GNSS devices from VRS network and to compare the results with not corrected data and also post-processed data. To achieve this, we made test measurements in six different ways and conditions on test places, where the measuremnts were made with real time corrections and without them to have a way to compare the results. The measurements were done with 8 sessions, where every session had 4 repetitions (2 clockwise, 2 counter-clockwise). The results showed that for three of the four devices in use the accuracy was under 0,5 meters, so they were III class. The results are as follows: SP80 0,17 m; SP60 0,16 m; MM120 (RTK) 0,29 m; MM120 (PP) 0,47 m. MM50 belonged to I class as its results stayed between 0,75-1,00 m. The results for MM50 without correction was 2,69 m. This shows that MM120 (RTK) device, which uses both GPS and GLONASS. These three devices went through the validation test. The results of this work shows that the validation results of used devices stayed in similar

5 limits with the tests done before. For example a test done in Italy in 2011, which followed the same directive, also had results from I to III class just as like with these tests. To conclude this work is practical and could be used in further projects. Keywords: GIS-GNSS, Spectra Precision, MobileMapper, area designation

6 SISUKORD LÜHENDID... 8 SISSEJUHATUS KIRJANDUSE ÜLEVAADE PINDALA MÄÄRAMINE GNSS-SEADMEGA NING ERINEVATE TEGURITE MÕJU TULEMUSELE GNSS-SEADMETE JAGUNEMINE RTK-seadmed GIS-GNSS-seadmed Autonoomsed seadmed GNSS-SEADMETE PARANDITE JAGUNEMINE RTK-võrguparandid GIS-parandid Järeltöötlusega parandamine ERINEVAD GNSS-SÜSTEEMID NING NENDE MÕJU TULEMUSELE TEISTE SEADMETEGA TEOSTATUD VALIDEERIMISKATSED MATERJALID JA METOODIKA MAAÜKSUSTE VALIK, PLANEERIMINE JA MAHAMÄRKIMINE ASUKOHT HADESE JA MAA-AMETI VRS VÕRKUDE SUHTES TÖÖS KASUTATAVATE SEADMETE TUTVUSTUS Spectra Precision MobileMapper Spectra Precision MobileMapper Spectra Precision SP Spectra Precision SP SEADMETE SEADISTUS VÄLITÖÖDE METOODIKA GNSS-SEADMETE KASUTAMINE PINDALA MÄÄRAMISEL NENDE TULEMUSED JA ARUTELU Seadmete valideerimine SP80 valideerimistulemused ja analüüs MM50 valideerimistulemused ja analüüs SP60 valideerimistulemused ja analüüs MM120 valideerimistulemused ja analüüs Valideerimistolerantsid Valideerimistulemuste standardhälbed maaüksuseti KOKKUVÕTE KASUTATUD KIRJANDUS AREA DESIGNATION GIS GNSS EQUIPMENT AND THE RESULT OF THE INFLUENCE OF VARIOUS FACTORS LISAD

7 Lisa 1. Mobilemapper 50 spetsifikatsioon Lisa 2. Mobilemapper 120 spetsifikatsioon Lisa 3. Spectra precision SP80 spetsifikatsioon Lisa 4. Spectra precision SP60 spetsifikatsioon Lisa 5. Esimese ja teise komplektiga mõõtmisajad Lisa 6. Mõõtmistulemuste kokkuvõttev tabel seadmega SP Lisa 7. Maaüksuste mõõtmistulemuste kokkuvõttev tabel seadmega MM Lisa 8. Maaüksuste mõõtmistulemuste kokkuvõttev tabel seadmega SP Lisa 9. Maaüksuste mõõtmistulemuste kokkuvõttev tabel seadmega MM Lisa 10. Grubbs testi tulemused seadmetele SP80, MM50, SP60, MM

8 LÜHENDID AUTONOMOUS - Asukoha määramine toimub ainult satelliidiandmete põhjal. DGPS (Differential Global Positioning System) Suhtelise asukoha määramise süsteem. EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) Euroopa geostatsionaarne navigatsioonide ülekatete teenus. Fixed täpne lahendus st mõõtmistäpsus on fikseeritud Float ujuv lahendus st et mõõtmistäpsus ei ole fikseeritud GIS (Geographic Information System) Geograafiline infosüsteem. GNSS (Global Navigation Satellite System) Ülemaailmne satelliitnavigatsioonide süsteem. IGS (International GNSS Service) Rahvusvaheline GNSS-teenistus. L-Band Raadiosignaal, sagedusel 1-2 GHz, lainepikkuse vahemik cm. Kasutatakse radaritel, GPS-des, raadios, telekommunikatsioonis ja õhusõidukite järelvalves. NTRIP RTK parandite transportimine läbi Interneti GNSS vastuvõtjasse. QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) Kvaasi-seniidi satelliitide süsteem. SBAS (Satellite Based Augmentation Systems) Satelliidipõhised tugisüsteemid. WAAS (Wide Area Augmentation System) Laialdase piirkonna täiustamise süsteem. 8

9 SISSEJUHATUS Pindala määramist kasutatakse Eestis mitmes eri valdkonnas. Seda tuleb ette nii katastrimõõdistamistes geodeetidel kui ka põllu- ja metsameeste argielus. Üks peamisi pindalade mõõtjaid on Põllumajanduse Registrite ja Informatsiooni Amet (edaspidi PRIA). PRIA ülesandeks on riiklike toetuste ning Euroopa Liidu põllumajanduse ja maaelu arengu toetuste, Euroopa Kalandusfondi toetuste ja turukorralduslike toetuste andmise korraldamine, seadusega ettenähtud põllumajandusega seotud riiklike registrite ja muude andmekogude pidamine, nende andmete töötlemine ning analüüsimine (PRIA). PRIA teostab kontrolle erinevatel põldudel ja erinevates tingimustes. Enamasti on teostatud kontrolle avatud põldudel, kuid esineb ka piiratud alal mõõtmisi (näiteks põld on piiratud põhjast metsaga). Antud töös viiakse läbi katsed nelja erineva GNSS-seadmega, mille tulemusel arvutatakse GNSS-seadmetele vead erinevates tingimustes (metsaäärsel alal, korrapärastel ja ebakorrapärastel maaüksustel). Töös uuriti Spectra Presicioni RTK/GIS-GNSS erinevaid seadmeid. Esmalt valiti Spectra Precision 60 (edaspidi SP60) GIS reaalaja paranditega, mille täpsus on 30/30 cm ning mis on uus ja tänasel päeval tootmises. Teisena Mobile Mapper 50 (edaspidi MM50), mis toetab SBAS parandeid ja baseerub Android operatsioonisüsteemil. Mobile Mapper 120 (edaspidi MM120) valiti põhjusega, et hetkel kasutab just seda PRIA. Lisaks, kuna MM120 kasutab reaalaja parandeid, siis näitab uurimus, kui palju tulemus muutub. Seadmed, mis valiti, on tänasel päeval tootmises ja kasutavad uue põlvkonna tehnoloogiat. Töö eesmärk on välja selgitada kas GIS-GNSS-seadmetele saab teostada valideerimisprotsessi RTK parandiga VRS-võrgust. Üheks põhjuseks on see, et praegu kasutab PRIA mõõdetud andmete arvutamiseks järeltöötlust. Soovides välja selgitada, kas PRIA-l on vajadus andmeid järeltöödelda või piisab reaalaja parandite abil saadud andmetest. Mõõtmised sai teostatud PRIA kasutuses oleva seadmega MM120 nii reaalaja paranditega kui ka järeltöötlusega. 9

10 Lisaks püüti välja selgitada, kas RTK-GNSS-seadmega saame täpsema pindala tulemuse kui GIS-GNSS-seadmega. Selleks teostati samad mõõtmised RTK-GNSS-seadmega Spectra Precision 80 (edaspidi SP80). Katsesse võetakse kuus maaüksust suurusjärgus 0,2 1,6 hektarit. Ümbermõõtudega ligikaudu meetrit. Maaüksuste valimisel lähtuti üldjoontes Euroopa Komisjoni juhendist, mis on Joint Research Centeri välja töötatud metoodika GNSS-vastuvõtjatega mõõdetud pindalade kvaliteedi hindamiseks. Töös on kolm peatükki. Esimene peatükk annab ülevaate kirjandusest, tutvustab töös kasutatud seadmeid, vaatleb teadusajakirjandusest leitud sarnased uurimusi ja nende kirjeldusi. Teine peatükk käsitleb töös kasutatud materjale ja töö metoodikat. Kolmandas peatükis analüüsitakse tulemusi, milleni jõuti nelja GIS-GNSS-seadme abil pindala määrates ning nõnda saadud andmeid omavahel võrreldes. 10

11 1. KIRJANDUSE ÜLEVAADE PINDALA MÄÄRAMINE GNSS-SEADMEGA NING ERINEVATE TEGURITE MÕJU TULEMUSELE 1.1. GNSS-seadmete jagunemine RTK-seadmed RTK (Real Time Kinematic) on reaalajas parandite saamisega mõõtmine. RTK parandeid saadakse kas üksikust baasjaamast või kasutatakse võrgulahendust. Üle maailma ulatuvate RTK võrkude täpsus ulatub paari sentimeetrini (Landau et al. 2008). Parandeid võtab vastu liikuvjaam, kuhu kuulub vastuvõtja seade (mis koosneb antennist, modemist, akudest, GSM+WiFi) ja väliarvuti, mis on vastuvõtjaga ühendatud bluetoothi abil. Tuntumad RTK GNSS-seadmete tootjad on Trimble Inc., Leica Geosystems, Topcon Positioning Systems, Inc. ning ka Spectra Precision. Mainitud tootjate tipp-mudelite põhiomadused on väga sarnased (tabel 1). Seadmete erinevusi saame märgata lisatehnoloogiate järgi, näiteks Trimble R10 kasutab HD-lahendust ja omab digitaalset loodi. SP80 kasutab Z-Blade tehnoloogiat ja omab samuti digitaalset loodi. Z-Blade tehnoloogia kasutab kõiki GNSS signaale koos, et kindlaks määrata asukoht. Seda tehnoloogiat kasutatakse seadmetes: SP60, SP80, MM120. Leica Viva GS16 kasutab SmartLink ja RTKplus tehnoloogiat ja Topcon GR-5 kasutab signaali lukustamiseks FenceAntenna tehnoloogiat. 11

12 Tabel 1. Tootjate Trimble, Leica, Topcon ja Spectra Precision GNSS tipp-mudelid (Leica Geosystems, 2017, Topcon, 2017, Trimble, 2017) Tootja Mark GNSS Süsteemid Trimble Leica Topcon Spectra Precision R10 Leica Viva GS16 GR-5 SP80 GPS, GLONASS, SBAS, Galileo, BeiDou, QZSS GPS, GLONASS, SBAS, Galileo, BeiDou, QZSS GPS, GLONASS, SBAS, Galileo, BeiDou, QZSS GPS, GLONASS, SBAS, Galileo, BeiDou, QZSS, RTK Täpsus (L1+L2) Horisontaalne: 8 mm + 0,5 ppm Vertikaalne: 15 mm + 0,5 ppm Horisontaalne: 8 mm + 0,5 ppm Vertikaalne: 15 mm + 0,5 ppm Horisontaalne: 5 mm + 0,5 ppm Vertikaalne: 10 mm + 0,8 ppm Horisontaalne: 8 mm + 1 ppm Vertikaalne:15 mm + 1 ppm RTK GNSS-seadmed on vähemalt kahesageduslikud, võttes vastu L1 ja L2 signaali koodija faasiandmeid. Tipp-mudelite vastuvõtjatel on võimalik kasutada kõiki saadaolevaid signaale. RTK meetod on ainus reaalajas mõõtmise täpne meetod, täpsus on ametlikult 1 cm + 1 mm km kohta baasjaamast. Tegelikkuses võib arvestada parema kui 5 cm täpsusega ka rasketes oludes. Kui aga mõõtmiseks vajalikke minimaalseid tingimusi pole võimalik tagada, siis seade ei anna täpset tulemust. RTK GNSS-seadmega mõõdistamisel maa- ja linnapiirkonnas tuleb kasutada vähemalt kahesageduslikke GNSS-seadmeid (Jürgenson & Türk, 2007) GIS-GNSS-seadmed GIS-GNSS-seadmed on klassikaliselt ühesageduslikud GNSS seadmed, mis võtavad reaalajas vastu lisaks SBAS paranditele ka L1 signaali koodiparandusi RTCM formaadis (nn DGPS parand) (Jürgenson & Türk, 2007) ning andmeid on võimalik ka järeltöödelda. Viimastel aastatel on lisatud GIS-GNSS-seadmetele ka L2 sagedus ning piiratud täpsust tarkvaraliselt. Näiteks testimisel kasutatud SP60 puhul on RTK-täpsust piiratud 30-cm-ni. 12

13 Parandid saadakse tavaliselt kohalikust tugijaamast või kasutatakse võrgulahendust. GIS- GNSS-seadmed on kahte tüüpi: kõik ühes, nt MM120, (vastuvõtja, antenn, GSM-modem) või seade ja väliarvuti eraldi, nt. SP60. Tuntumad GIS seadmete tootjad on: Trimble, Leica Geosystems, Spectra Precision ja Topcon. GIS-GNSS-seadmete täpsus ulatub üldjuhul 0,1 1 meetrini. GIS seadmetest on antud töös kasutusel Spectra Precisioni seadmed SP60, MM50 ja MM120. MobileMapper 120 kasutab Flying RTK meetodit. Flying RTK meetod parandab ujuva lahenduse saamist ja kiirendab täpsuse saavutamist, jõudes detsimeetri täpsuseni. Kui varem pidi panema mõõtmisteks püsijaama ise üles, siis nüüd on Eesti kaetud püsijaamavõrgustikuga. See lihtsustab ja kiirendab mõõtmisi ning mõõtmisteks piisab ainult vastavast mõõtmisinstrumendist. Spetsifikatsiooni järgi veel täpsema tulemuse saamiseks kasutatakse andmete järeltöötlust. Järeltöötlust saab kasutada ainult GISandmetega, kus parandadakse andmeid tugijaama andmetega Autonoomsed seadmed Autonoomsed seadmed on kasutusel igapäevaselt (mobiiltelefon, auto-gps, spordikellad). Nendes seadmetes on paigaldatud siseantenniga GPS, mis juhatab teed punktist A punkti B. Mobiilse GPSi ehk MDGPS (Mobile Differental GPS) täpsus on mõni meetrit (Wang et al. 2016). Tänapäeval kasutatakse GNSS-süsteemi ka spordikellades, jälgides teekonda, mille kaudu saab arvutada kilometraaži ja aega. Autonoomsetes seadmetest saadavaid andmeid ei ole võimalik RTK-parandiga parandada. Leidab ka selliseid seadmeid, mis toatavad SBAS-parandeid ja on võimalik salvestada järeltöötluseks andmeid. Kuid üldjuhul pole selliste seadmetega vaja andmeid salvestada (näiteks auto navigeerimisseaded). Igapäevased seadmed annavad mõne meetri täpsusega asukoha tulemuse. 13

14 1.2. GNSS-seadmete parandite jagunemine RTK-võrguparandid Peaaegu kõikidesse Euroopa riikidesse on loodud GNSS püsijaamade võrgud, tänu millele kaob kasutajal ära kohustus püstitada igal mõõtepäeval oma püsijaam. Eestis alustati GNSS püsijaamade ehitust aastal Tänaseks on meil kasutada kolm erinevat püsijaamade võrku (tabel 2). Neist kahte kasutatid töös, aga Trimble püsijaama võrku töös ei kasutatud. Püsijaamad edastavad parandeid kasutajatele erinevates formaatides. Enim kasutatud parandid on lisatud tabelisse 2. Tabel 2. Püsijaamade andmed jaamade arvu, kasutatud seadme ja edastatavate formaatide kohta (HadNet, 2017; Maa-amet, 2017; Trimble, 2017) Püsijaama võrk Jaamu Seade Formaat Maa-amet 19 SP80, SP60 CMR, CMR+ (GPS+GLONASS), RTCM3.1 (GPS+GLONASS), Hades (HadNet) 27 MM120 CMR, CMR+ (GPS+GLONASS), RTCM3.1 (GPS+GLONASS), CMR, CMR+ Trimble 19 (GPS+GLONASS), Ei kasutatud RTCM3.1 antud katses (GPS+GLONASS), RTCM3.2 CMRx RTK ja DGPS parandeid edastatakse GNSS püsijaamadest, mis on paigaldatud üle terve Eesti (joonis 8 ja joonis 9). Paranditega mõõtes võib kasutada nii oma püsijaama kui statsionaarseid püsijaamu. Et mõõta reaalajas parema kui meetrise täpsusega, peab kahesageduslikud GNSS-seadmed saama pidevalt DGPS parandusi GNSS tugijaamast RTCM formaadis. Lahendused, mis saadakse RTK mõõtmisetel võivad olla: Fixed, Float, DGPS, AUTONOMOUS. Need on selgitatud lühendite loetelus. 14

15 GIS-parandid DGPS-parand on tavaline koodiparand kohalikust püsijaamast. Kui RTK mõõtmisel on L1 koodiparand kogu parandi üks osa, siis siin on see ainukeseks parandiks. L1 koodiparand pole kaugusest eriti sõltuv, seetõttu ongi see leidnud laialdast kasutust GIS-GNSSmeetodis. Et seda kasutada, peab seadme spetsifikatsioonis olema märkus selle parandi toe kohta. Parand edastatakse standardiseeritud RTCM formaadis reeglina kahesageduslikust tugijaamast. Kui tugijaam paikneb alal 300 km, on parand väga efektiivne, tagades alla 1 meetrise täpsuse (Jürgenson & Türk, 2007). EGNOS ehk European Geostationary Navigation Overlay Service on Euroopa piirkondlik täiustussüsteem globaalsete navigatsioonisatelliitide süsteemi (GNSS) toimivuse parandamiseks. EGNOS kaetav ala on näha joonisel 1. Joonis 1. EGNOS parandi leviala (GPS World, 2014) EGNOS ja WAAS satelliidilt tulev parand on analoogne kohaliku tugijaama omale, aga on üldistatud suurema maa-ala kohta (EGNOS Euroopas ja WAAS Ameerikas) ja seetõttu ebatäpsem (u 2 5 m). Toodetud seadmetes nimetatakse parandit SBAS-parandiks. WAAS 15

16 on sama mis EGNOS, aga Ameerika kohal paiknev parandeid saatev satelliitide süsteem. Kuna need edastavad parandeid satelliitidega, mis asuvad geostatsionaarsel orbiidil, siis on satelliidid alati nähtavad. EGNOS satelliiti näeb aga harva orbiidi madala asetuse tõttu Eesti suhtes (u 18 kraadi). Selleks, et kasutada EGNOS parandeid pidevalt, tuleb kasutada tugijaamu, mis võtab vastu EGNOS parandeid ja edastavad need GSM-side kaudu kasutajale (Jürgenson & Türk, 2007). Flying RTK, kui ujuva lahenduse (float) ajal saadakse täisarv, siis see loetakse täislahenduseks ja mõõtmisandmed salvestatakse (Magellan, 2007) Järeltöötlusega parandamine Järeltöötlust kasutatakse andmete hilisemaks parandamiseks, andes andmetele diferentsiaalparandid. Järeltöötlusega andmete parandamiseks on vaja baasjaama andmeid. GIS-GNSS-seadme andmete parandamiseks piisab baasjaamast, mis asub isegi 300 km kaugusel (RTK-l on soovitav kuni 30 km). Enamasti on järeltöötlusprogrammidel võimalik alla laadida baasjaama andmeid IGS-jaamadest. Eestile kõige lähem jaam asub Soomes Metsähovis ja selle andmeid on ka käesoleva töö raames järeltöötluses kasutatud Erinevad GNSS-süsteemid ning nende mõju tulemusele Tänasel päeval on meil üles seatud viis erinevat satelliitide süsteemi ehk siis kokku 100 satelliiti (GPS 32 tk, GLONASS 24 tk, Galileo 18 tk, BeiDou 22 tk, QZSS 4 tk) (Satellite navigation, 2017). GIS-GNSS-seadmega pindala määramist kasutatakse erinevates tingimustes. Selleks, et saada täpseid tulemusi nii lagedal kui piiratud alal, peab tegema katsemõõtmisi. Need sisaldavad seadmete valideerimistestide läbimist. Hewitsoni ja Wangi raamatus on toodud välja vastuvõtja autonoomse terviklikkuse kontroll erinevate süsteemide koostööl. Näiteks on testitud GPS+GLONASS ja GPS+Galileo. Testitud on ka simuleerimise teel kolme satelliidiga määratava asukoha täpsust, mille tulemustest järeldati, et teoreetiliselt on võimalik asukoht määrata üle maailma 20 meetri täpsusega. Võrdluseks toodi, et GPS+ GLONASS tulemus on 110 m ja GPS+Galileo tulemus 28 m täpsus (Hewitson & Wang, 2006). 16

17 Li et al. (2015) uurisid täpsust reaalajas neljas erinevas satelliitsüsteemis. Katsed teostati nii kõik satelliitsüsteemid koos (GPS + GLONASS + BeiDou + Galileo) kui ka nende erinevates kombinatsioonides ja ka eraldi. Väärtuste tulemused leiti statistilise analüüsi käigus, kus võrreldi keskmist ruutviga (KRV). Tulemustest selgus, et KRV väärtused on väiksemad kui 10 cm BeiDoul ja Galileol ja väiksem kui 5 cm nii GLONASSil kui GPSil. Kui GPSile lisada juurde BeiDou, Galileo ja GLONASS, siis positsioneerimise täpsus suureneb umbes 25% võrra. GPSiga täpne positsioneerimine väheneb siis, kui horisontaali avatus väheneb, küll aga multi-gnssi (GPS+GLONASS+BeiDou+ Galileo) kasutades täpse punkti positsioneerimine (PPP) ei vähene oluliselt ja on võimalik saavutada paarisentimeetrine täpsus isegi 40 avatuse kõrgusega. Joonisel 2 on välja toodud nelja GNSS taevavaated asimuut versus kõrgus. Joonis 2. Nelja GNSS taevavaated 0 (roosa BeiDou, punane Galileo, sinine GPS ja roheline GLONASS) (Li et al. 2015) Lisaks toodi välja ka multi-gnssi pidev kättesaamine, määraga üle 99,5 % isegi kuni 40 avatuse kõrgusega (nt linna kanjonid). Uuringus toodi välja ka jaamade asukohad üle maailma (joonis 3). 17

18 Joonis 3. Li et al., (2015) artiklis välja toodud jaamad ja nende toetatud konstellatsioonid ning mõned IGS jaamad (punased ringid, ainult GPS) on kaasatud Antud töös kasutatakse seadmes MobileMapper 120 nii GPSi kui ka GLONASSi. Al- Shaery, Zhang, & Rizos, (2013) uurisidki GPSi ja GLONASSi koostöötamist. GPSi ja GLONASSiga positsioneerimisel tekivad erisused, mida ei saa eemaldada eraldades GLONASSi mõõtmisandmed. Küll aga saab eelnevalt kalibreerida pseudokauguse ja püsijaama. See teeb GLONASS/GPSiga mõõtmise lihtsamaks. Uuriti algoritmi RTK (reaalaja kinemaatiline) lahendust segatud baasjoonel nii ujuv kui ka fikseeritud lahendusega. Tulemustest selgub, et segatud baasjoontega on võimalik transformeerida ujuvat lahendust umbes 100% ja fikseeritud lahendusega rohkem kui 92% (Al-Shaery et al. 2013). Trimble RTX süsteem pakub reaalajas GNSS-asukohamääramist globaalse ulatusega ja kiiret initsialiseerimist. Andmeedastus käib läbi kuue geostatsionaarse satelliidi, kasutades L-Band signaali ja NTRIP (Network Transport of RTCM data over IP) ühendust. Horisontaaltäpsus kinemaatilisel positsioneerimisel on 95% tõenäosusega parem kui 4 cm, seda ükskõik kus ja 30 minuti jooksul. RTX süsteem põhineb uusima tehnikaga saadud orbiidil ja GNSS-satelliitide kella korrektsioonidel. Parandused on loodud reaalajas kasutamiseks üle maailma paiknevas 100 Trimble referentsjaamas. RTX süsteem toetab 2013 aastal GPSi, GLONASSi ja QZSSi signaale (Landau et al. 2013). 18

19 1.4. Teiste seadmetega teostatud valideerimiskatsed Euroopa Komisjon on koostanud nimekirja valideeritud GNSS-seadmetest, mis on ajakohastatud, et olla vastavuses uue määrusega, EL nr 809/2014. Selleks peab mõõtmistulemuste tolerants jääma vähemalt ühte valideerimisklassi ning kõigi mõõtmistulemuste tolerantsid ei tohi ületada 1,25 m. Selle tulemusena võib kasutada pindala määramisel seadmeid, mille puhvri laius on 1 m. Valideerimised on teostatud lähtuvalt Euroopa Komisjoni juhendist, mis on Joint Research Centeri (edaspidi JRC) välja töötatud metoodika GNSS-vastuvõtjate pindalade mõõtmise kvaliteedi hindamiseks. Antud töös kasutatavatest seadmetest on varem valideeritud seade MM120 (järeltöötlusega) ja seade vastas nõudmistele. MM120 seadme valideerimine toimus aastal Eestis ja puhvri laiusega 0,5 m. Selgub, et Eestis teostati katsemõõtmised vastavalt juhendile, ning statistilise analüüsi ja selle kontrolli teostas JRC (GNSS valid 2017). Valideeritud on ka teiste tootjate, nagu näiteks Trimble'i, Leica ja Topconi seadmeid. Näiteks teostati mitme seadme katse Itaalias EGNOS-parandiga aastal Valideerimiskatsesse võeti: Trimble GeoXT, Trimble Juno, Leica Zeno 10, Ashtec Mobile Mapper 100 (praegune MM120), Topcon GRS 1. Mõõtmised teostati mai 2011 kahe kuni nelja operaatori poolt. Maaüksuste suurused olid 0,2 ha kuni 1,6 ha. Teostati 32 mõõtmist (ehk 8 mõõtmissessiooni, 4 kordust (2 päripäeva, 2 vastupäeva)). Tulemustest selgus, et valideerimiskatse läbisid viiest seadmest neli. Trimble GeoXT tulemustest selgus, et suurim erinevus pindalades oli 41 m 2 ja puhvri laius saadi 0,18 m, mis jääb 0,5 m puhvri laiuse vahemikku (III klass). Ka Ashtec Mobile Mapper 100 tulemustest selgus, et suurim erinevus pindalades on 64 m 2, puhvri laius 0,35 m, mis samuti klassifitseerub III klassi. Veel sai III klassi seade Topcon GRS 1, mille erinevus pindalades on 38 m 2, puhvri laius 0,35 m. Aga Leica Zeno 10 tulemustest selgub, et erinevus pindalades on 120 m 2, puhvri laiuseks saadi 0,53 m, mis aga klassifitseerub II klassi (puhvri vahemik 0,5 0,75 m). Ning Trimble Juno tulemustest selgub, et erinevus pindalade vahel on 81 m 2 ning puhvri laiuseks saadi 1,03 m. Antud tulemus ei klassifitseeru (GPS devices 2011). Eestis on teostatud GIS-GPS täpsuse mõõtmist aastatel 2007 ja Aastal 2007 viidi läbi katsemõõtmised, milleks kasutati Trimble GeoXH, Trimble GeoXm ja Thales Mobile Mapper CE. Kontrollmõõtmised teostati täppis-gpsiga Trimble R8. Katsed viidi läbi ideaaltingimustest ning koos ja ilma DGPS-paranditeta. Katses uuriti ka EGNOS-süsteemi 19

20 satelliitide signaalide täpsust, mõõtes kolm punkti ilma paranditeta ja kolm punkti koos EGNOS-süsteemi paranditega. Mõõtmised toimusid üheksal kontrollpunktil, igal punktil tehti kolm initsialiseerimist (tsentreeriti ja horisonteeriti GIS GPSi antenn punkti tsentrile). Katse tulemusena leiti, et DGPS-paranditega mõõtes jäävad tulemused lubatud piiridesse ( 1 m). EGNOS-paranditega mõõtes, tulid tulemused mõneti suured võrreldes ilma paranditega tulemusi. Näiteks Trimble GeoXH ilma parandita mõõtes keskmine ruutviga (KRV) on x: 0,68 m; x: 0,63 m; z: 1,43 m, aga EGNOS paranditega vastavalt: 1,04 m; 0,89 m; 10,32 m (Liibusk, Türk, & Jürgenson, 2007). Aastal 2011 viidi läbi katsemõõtmised metsas. Katses kasutati sama juhendit, mis käesolevas lõputöös, kuid mugandatud metsamaa valideerimiseks (raskemad GPS mõõtetingimused). Katsemõõtmised viidi läbi koos ja ilma DGPS-paranditeta. Mõõtmised teostati kahel testalal, mida ümbritsesid m kõrgused männid. Teostati eriaegadel 8 mõõtmisseeriat, milles 4 kordust (2 päripäeva ja 2 vastupäeva). Mõõdistajaid oli 4, kus iga mõõdistaja tegi 2 mõõtmisseeriat. Valideerimist teostati Magellan/Thales ProMark 3 seadmega. Kontrollmõõtmised teostati elektrontahhümeetriga Elta R55 ja RTK GPS-iga Trimble Katse tulemusena leiti tolerantsid testaladele koos ja ilma DGPS-paranditeta mõõtes. Kus saadi, et selle seadmega mõõtmisel kõrges ning tihedas metsas tuleks DGPSparandiga mõõtes kasutada koefitsienti 2,5 ja ilma parandita 3,0 (Liibusk, 2011). 20

21 2. MATERJALID JA METOODIKA 2.1. Maaüksuste valik, planeerimine ja mahamärkimine Antud töö aluseks on Euroopa Komisjoni juhend, mis on Joint Research Centeri poolt välja töötatud metoodika GNSS vastuvõtjate pindalade mõõtmise kvaliteedi hindamiseks. Seal on välja toodud näitena maaüksuste suurused ja kujud. Maaüksused kulgesid loomulikult ja asusid hästi ligipääsetavates kohtades. Maaüksused pidid olema hästi läbitavad, see tähendab, et seal ei tohi olla nt põõsaid ega soiseid alasid. Headel aladel ei esine kõndimisest tingitud mõõtmistulemuste suuri erinevus. Antud katses olevad maaüksused asuvad Põlvamaal Orava vallas Orava küla Solda tee 25 katastriüksusel (Joonis 4). Joonis 4. Maaüksuste asukoha skeem Eelnevalt vaadati alade sobivust Maa-ameti kaardiserveris, kus tehti planeering, millised maaüksused kuhu tehakse. Antud töös märgiti maha ja võeti katsesse maaüksused nr 1 3 (Joonis 5). 21

22 Joonis 5. Maaüksuste nr 1, nr 2, nr 3 piirjoonte skeem mahamärkimiseks, mõõdetud pindala (m 2 ) ja mõõdetud ümbermõõt (m) Maaüksuse nr 3 asukohas tehti ka osaliselt maaüksused nr 4 ja 6. Kuna mõõtmised planeeriti eri aegadel, siis maaüksuste osaline kattuvus vastuolusid ei tekita. Maaüksuste nr 4 6 piirjoonte skeem on näha joonisel 6. 22

23 Joonis 6. Maaüksuste nr 4, nr 5, nr 6 piirjoonte skeem mahamärkimiseks, mõõdetud pindala (m 2 ) ja mõõdetud ümbermõõt (m) Kavandatavad ümbermõõdud maaüksustel on järgmised: 1) nr 1, nr 2, nr 3 ± meetrit, 2) nr 4 ±200 meetrit, 3) nr 5 ±250 meetrit, 4) nr 6 ±400 meetrit. Igal maatükil märgiti maha piirjooned. Selleks löödi maasse puuvaiad iga meetri tagant. Maasse löödud puuvaia ots markeeriti punase värviga (joonis 7), et see oleks looduses paremini märgatav. 23

24 Joonis 7. Maasse löödud puuvai iga meetri järel Kuna maaüksused nr 1, nr 2, nr 4, nr 5, nr 6 asetsesid eraldi, ei olnud vajalik markeerida iga maaüksuse poste erinevalt. Küll aga tuli eristada maaüksuse nr 3 postid (joonis 8). Joonis 8. Maaüksuse nr 3 posti markeering 24

25 Mõõtmistulemuste võrdlemiseks mõõdeti maasse löödud puuvaiade asukohad. Saadi tulemused, mille kaudu saab võrrelda ja analüüsida katses saadud tulemusi. Maaüksuste pindalad ja ümbermõõdud on kantud piirjoonte skeemile (joonis 2, joonis 3). Maaüksused mõõdeti vastuvõtja RTK GNSS SP80ga, Maa-ameti VRS võrgu paranditega, formaadis VRS_RTCM_ Asukoht Hadese ja Maa-ameti VRS võrkude suhtes Katses kasutati seadmes MobileMapper 120 HadNet võrku. Hades Invest OÜ GNSS püsijaamade võrk (HadNet) on näha joonisel 9. Neist lähim käesolevas töös kasutatud maaüksustele on Lasva jaam, linnulennult ca 16 km kaugusel, seejärel Pangodi ca 62 km, Praaga ca 64 km ja Valga ca 83 km. Maaüksuste asukoht on joonisel märgitud punase tähekesega. Ka Lätimaal asub 3 HadNet püsijaama. Joonis 9. Hades Invest OÜ GNSS püsijaamade võrk (HadNet, 2017). Lähim Lasva püsijaam, katsemaaüksuste asukoht märgitud punase tähekesega Seadmetes SP80 ja SP60 kasutati Maa-ameti GNSS püsijaama võrku. Maa-ameti GNSS püsijaamade võrk on näha joonisel 10. Lähim GNSS püsijaam on Koidula, linnulennult ca 25

26 10 km, seejärel Võru ca 27 km ja Mehikoorma ca 39 km. Maaüksuste asukoht on märgitud joonisele rohelise tähekesega. Joonis 10. Maa-ameti GNSS püsijaamade võrk (Maa-amet, 2017). Lähim Koidula püsijaam, katsemaaüksuste asukoht märgitud rohelise tähekesega Erinevaid võrke erinevates seadmetes kasutati põhjusel, et koolil on mõlemas võrgus kasutada üks litsents. 26

27 2.3. Töös kasutatavate seadmete tutvustus Spectra Precision MobileMapper 50 Antud katses kasutatakse MobileMapper 50 (joonis 11). Seade põhineb Android 5.1 operatsioonisüsteemil, mis kogub GIS andmeid. Antud katseks laaditi alla ja aktiveeriti programm MM Field, mis töötab väliarvutina ja MM50 koos, salvestades mõõtmisandmeid. MM50 saab kasutada ka nutitelefonina ning andmete kogumiseks (Spectra Precision, 2017a). Joonis 11. MobileMapper 50 (Spectra Precision, 2017a) Seade on kõik ühes, mis tähendab, et seade saab GPSi ja GLONASSi satelliitide signaalid kätte ilma välise antennita (on ka võimalik lisada väline antenn). Mõõtmiste ajal oli mõõtmislahendus DGPS või AUTONOMOUS. DGPS saadi kasutades SBAS- parandit. Antud katses paigaldati seade saua külge. Küll aga eraldi mõõtes pole selleks vajadust. Seadmes on kasutuseks valmis kaksiksüsteemid GPS+GLONASS või GPS+BeiDou lisaks eraldi töötavatele (GPS, GLONASS, BeiDou, QZSS, SBAS) navigeerimissüsteemidele ja järeltöötlus. Horisontaal eeldatav reaalaja täpsus (RMS) (Real-Time Accuracy) on SBASiga saades < 1,5 m ja järeltöötlusega saades < 80 cm. Täpsem spetsifikatsioon on toodud lisas (lisa 1). Mõõtmisel salvestati andmeid ka järeltöötluseks, kuid lahendamise käigus selgus, et programm ei suuda stabiilselt töödelda Trimble VRS-teenusest saadud püsijaama GLONASS-iga andmeid. Selle probleemiga seoses sai suheldud ka tootjaga ning see viga 27

28 programmis lubati parandada. Tootja soovitas baasjaama andmeteks kasutada Spectra Precisoni seadmega mõõdetud andmeid või siis IGS-jaamast laadida alla GPS-andmed Spectra Precision MobileMapper 120 MobileMapper 120 (joonis 12) on käsiseade, mida kasutatakse programmiga MobileMapper Field GIS andmete kogumiseks ja kaardistamiseks. Avatud operatsioonisüsteem, sisseehitatud kommunikatsioonitehnoloogia ja Ashtechi võimas Z- Blade tehnoloogia (Spectra Precision, 2017b). Z-Blade tehnoloogia võimaldab töötada kehvades keskkonnatingimustes. Joonis 12. MobileMapper 120 (Spectra Precision 2017b) Seadmes on 3 erinevat satelliitide süsteemi: GPS, GLONASS, SBAS. Seadmega on võimalik kasutada reaalaja parandeid Flying RTKna, seade näitab mõõtmisajal ujuvat lahendust (float). Seadmega salvestati ka järeltöötluseks andmeid. Horisontaal reaalaja spetsifikatsiooni täpsus (RMS): DGPS < 30 cm; järeltöötlusega < 30 cm. Täpsem spetsifikatsioon on lisas nr 2. Andmeid järeltöödeldi programmiga MobileMapper Office verisoon Protsessi käigus selgus, et Trimble VRS-jaamast saadud staatilised andmeid ei sobi lahenduseks ja kuna mõõtmised olid juba tehtud, siis kasutati IGS-jaama Soome Metsähovi tugijaama GPSandmeid. Peapõhjus oli see, et programmis ei saanud välja lülitada GLONASSI andmeid. Kuna lähimad IGS-püsijaamad asuvad 300 km kaugusel mõõdetud aladest, siis võis tulemus olla kaugusest mõjutatud. Baasjaama kaugusest hoolimata saadi lahendusest arvestatavad andmed. 28

29 Spectra Precision SP80 Töö üheks eesmärgiks oli välja selgitada, kas RTK-GNSS-seadmel on eelis GIS-GNSSseadme ees, kui kasutada realaja parandit. Spectra Specision SP80 (joonis 13) on RTK GNSS-vastuvõtja. SP80 kasutab Z-Blade tehnoloogiat, et jälgida ja töödelda kõiki GNSS signaale koos või eraldi. See tagab usaldusväärsed mõõtmised ja täpsused kehvades keskkonnatingimustes (Spectra Precision, 2017d). Antud seadet on vaja seepärast, et see on klassi võrra parema täpsusega ning järelikult hea alus teiste seadmete andmete võrdlemiseks. Positsioneerimise toimimiseks kasutatakse kõiki olemasolevaid ja kättesaadavaid GNSS signaale, et saada optimaalne tulemus antud keskkonnaoludes. Joonis 13. Vastuvõtja SP80 (Spectra Precision, 2017c) Seadmes on 6 satelliitide süsteemi: GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, QZSS, SBAS. Reaalaja täpsus RTK-režiimil 8 mm + 1 ppm / 15 mm + 1 ppm. Tehniline spetsifikatsioon on lisatud lisadesse (lisa 3). Aga kuna Maa-ameti ja Hadese võrk ei toetanud mõõtmise hetkel kõiki süsteeme, siis kasutati mõõtmisel vaid GPS+GLONASSi satelliite Spectra Precision SP60 Spectra Precision SP60 (joonis 14) on GNSS-vastuvõtja, mida on võimalik tellida seitsme erineva tasemega, alates RTKst kuni L1 järeltöötluseni. Antud töö tegemisel on seadme täpsus piiratud 30 cm-ni ja kasutud L1/L2 GNSS-signaale. Seade on ühendatud Z-Blade'i ja L-BANDi meetodiga. See tagab usaldusväärsed mõõtmised ja täpsused. 29

30 Joonis 14. Vastuvõtja SP60 (Spectra Precision, 2017d) Seadmes on 6 GNSS-süsteemi: GPS (L1C/A, L1P(Y), L2P(Y), L2C), GLONASS (L1C/A), L2C/A, L3), BeiDou (B1-faas 2, B2), Galileo (E1, E5b), QZSS (L1C/A, L2C, L1SAIF), SBAS (L1C/A), L-BAND. Töös kasutati GIS 30/30 täpsust, mis tähendab, et horisontaalne viga on 30 cm ja vertikaalne viga 30 cm. Tehniline spetsifikatsioon on antud lisades (lisa 4) Seadmete seadistus Valideerimiskatsed viidi läbi eelnevalt seadmete seadistuse valikuga. Kontrollmõõtmiseks kasutatava seadmega SP80 kasutati Maa-ameti võrgu parandeid. Maa-ameti võrgu parandeid kasutati seadmes SP60 (GIS täpsusega 30/30). MM120 seadmes kasutati ainult L1 signaali nii reaalajas mõõtmisel kui ka andmete salvestamisel järeltöötluseks. Seadmega MM50 kasutati SBAS-parandit. Kõikidel seadmetel valiti pindalade mõõdistamistel mõõtmisintervalliks 1 meeter. Sama mõõtmisintervalli kasutab ka PRIA põldude pindalade mõõdistamisel. 30

31 Tabel 3. Seadmete valideerimiskatseteks teostatud seadistamised Seade SP80 SP60 MM120 MM120 MM50 Signaalid 1) GPS L1C/A, L1P(Y), L2C, L2P(Y), L5 - GLONASS L1C/A, L1P, L2C/A, L2P, L3 GPS L1C/A, L1P(Y), L2P(Y), L2C - GLONASS L1C/A, L2C/A, L3 GPS GLONASS L1 C/A GPS GLONASS L1 C/A 1) GPS L1 C/A 2) GLONASS L1 C/A Kaksikkonstellatsioon GPS+GLONASS Täpsus kasutatud meetodil Andmeside RTK Horisontaal: 8 mm ppm Vertikaal: 15 mm ppm GIS täpsus 30/30 - Horisontaal: 30 cm - Vertikaal: 30 cm Reaalajas DGPS < 30 cm Järeltöötlusega < 30 cm Reaalajas DGPS < 1,5 m Programm Versioon Survey Pro SPace / MobileMapper Field Mobile Mapper Field Mobile Mapper Field Järeltöötulus MobileMapper Office v Mobile Mapper Field Parandi formaat RTCM31 RTCM3 RTCM31 RTCM31 SBAS Kasutatud võrk Maa-amet Maa-amet HadNet (Hades) HadNet (Hades) Ei kasutatud võrku Tabelis on välja toodud seadmete signaalid ja süsteemid, mida antud katses kasutati ning seadmete täpsused spetsifikatsioonist. Veel on ära toodud programmide nimed ja versioonid, mida valideerimisel kasutati, ning andmeedastusformaadid Välitööde metoodika Enne mõõtmistööde algust märgiti maha puuvaiadega piiratud maaüksused (joonis 4, joonis 5). Seejärel planeeriti mõõtmised teostada kahe kolme maaüksuse kaupa, arvestades nende suurust. Ühe maaüksuse mõõtmised toimusid 1 2 päeva jooksul. Ühel maaüksusel tehti 8 mõõtmissessiooni, need jagati kolmele korrale. Kaks kolmest ja üks kahene mõõtmissessioon, mis jagati päevade peale ära. Ühes sessioonis tehti 4 kordusmõõtmist. Seega ühel maaüksusel tehti kokku 32 kordusmõõtmist, milles kaks kordust sooritati päripäeva ja kaks kordust vastupäeva kogu mõõtmiste aja vältel. Kuna seadmeid kokku oli 4 ehk 2 vastuvõtjat ja 2 GIS-GNSS-seadet, siis jagati need kaheks komplektiks. Esimene komplekt koosnes RTK GNSS-vastuvõtjast SP80 ja GIS 31

32 seadmest MM50 ning teine komplekt vastuvõtjast SP60 ja MM120. Esimese ja teise komplekti mõõtmisajad on toodud lisas 5. Tabelites on toodud maaüksused numbritega (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) ja mõõtmissessioonid tähtedega (A, B, C, D, E, F, G, H). Esimese komplektiga kulus mõõtmistöödele 6 päeva, mil igal päeval toimusid mõõtmised eri kellaaegadel ja eri maaüksustel. Enamasti mõõdeti üks maaüksus vähemalt 2 päevaga. Esimestel päevadel toimus mõõtmisi vähe, sest ilmastik oli heitlik. Kord päike paistis, siis sadas vihma ja rahet. Aga edasised päevad olid mõõtmisteks väga sobiliku tuulevaikse, päikselise ilmaga. Teise komplektiga kulus mõõtmistele ca 3,5 päeva, mil sai mõõdetud kõik 6 maaüksust. Ainult mõõtmiseks esimese komplektiga kulus ca 21 tundi ja teise komplektiga kulus ca 19,5 tundi. 64 ringi pikkus kokku ca 156 km. Oluline oli jätta ka sama maatüki uuesti mõõtmisele paus, kuna oodati satelliitide asukoha muutumist, ca 1 h. Maaüksusel mõõtmist jätkates hakkas ümber maaüksuse kujunema kõndimise trajektoor (joonis 15). See tähendab, et mida ring edasi, seda täpsemalt sai kõndida sama trajektoori pidi. Sellel maaüksusel kulus ühe ringi tegemiseks ca 5 minutit, kokku 4 ringi tegemiseks ca 20 minutit. Mõõtmisringide vaheline erinevus alguses ja lõpus erineb seetõttu, et korraga tehti 12 ringi, mis ajaliselt võrdub ca 60 minutiga. Teades, et satelliidi konstellatsioon muutub alates 1 tunnist. Joonis 15. Kõndimise trajektoor on sisse tallatud. Viidatud joonisel punaste nooltega 32

33 3. GNSS-SEADMETE KASUTAMINE PINDALA MÄÄRAMISEL NENDE TULEMUSED JA ARUTELU 3.1. Seadmete valideerimine Kõigi andmete põhjal koostati programmis MS Excel tabel, kus tuuakse välja iga mõõtmise keskmine pindala ja ümbermõõt. Saadud tulemustest koostati keskmised pindalad ja standardhälbed, kus tuuakse välja 8 seeria 4 korduse keskmised väärtused. Tabelid on koostatud juhendi järgi ja kõigi seadmete kohta eraldi. Mõõtmisseeria keskmine pindala leiti valemiga, kus liideti kokku kõik 32 mõõtmistulemust ning jagati kogu arvuga. Valem on järgmine:, kus i on üks mõõtmisseeria, n on koguarv. Standardhälve ehk keskmine ruutviga leiti kasutades Besseli valemit: kus [ν] on valimi hälvete ruutude keskmine; n on valimi suurus. Mõõtmistulemuste kokkuvõtvas tabelis kontrolliti visuaalselt erindeid, neid ei leitud. Seejärel teostati erindite leidmise kontrolli Grubbsi testi kaudu. Grubbsi testis väärtuse G arvutamiseks on järgmine valem:, kus saadakse valemiga ja s saadakse valemiga, kus p seeriate arv; xi maaüksuse keskmine pindala. 33

34 Seejärel arvutati korratavuse standardhälve kogu mõõdetud andmetest. Selleks kasutati järgmisi valemeid: kus s rj korratavuse standardhälve; j maaüksus; i mõõtmisseeria; n ij korduse number i mõõtmisseerias j maaüksuses; s ij standardhälve i mõõtmisseerias j maaüksuses. kus s Rj reprodutseeritavuse standardhälve; s rj korratavuse standardhälve; s Lj between-laboratory standardhälve; j maaüksus. Seadme vea ehk puhvri limiidi arvutamisel lähtuti juhendis toodud tabelist. Tabelisse arvutati iga maaüksuse kohta: reprodutseeritavuse standardhälve puhver, kus reprodutseeritavuse standardhälve jagatakse ümbermõõduga saadakse: s Rj meetrites. Seejärel arvutatakse puhvri limiit. Limiidi arvutamisel kasutatakse koefitsienti 2,8, mis on määratud, siis kui testi standardhälve on alla korduse standardhälvet. Saadud tulemuste põhjal koostatakse seadmete tulemustest seadmete täpsusklassid. Täpsusklassid jagunevad kolmeks. Need on: I klass korduse limiidi täpsus jääb vahemikku 0,75-1,0 m; 34

35 II klass korduse limiidi täpsus jääb vahemikku 0,50-0,75 m; III klass korduse limiidi täpsus on alla 0,50 m SP80 valideerimistulemused ja analüüs SP80 on antud katses kõige täpsem RTK GNSS-seade. Seade kasutab kõiki saada olevaid signaale ning vastuvõtja asus mõõtmiste ajal kõrgemal kui mõõtmiste teostaja pea (ei varjatud horisonti). SP80 mõõtmistulemusi kasutatakse teiste seadmetega (MM50, MM120, SP60) saadud mõõtmistulemuste võrdluseks. Lisas 6 on välja toodud vastuvõtja SP80-ga mõõdetud maaüksuste kokkuvõttev tabel. Tabelist on näha, et maaüksuse nr 1, nr 2, nr 3, nr 4, nr 5, nr 6 mõõtmistulemuste miinimumi ja maksimumi vahe on vastavalt 62,33 m 2 ; 36,25 m 2 ; 45,65 m 2 ; 50,20 m 2 ; 93,08 m 2 ; 102,19 m 2. Selgus, et maaüksusel nr 6 on kõige suurem erinevus see võib olla tingitud asjaolust, et see maaüksus piirnes kõige rohkem metsaga (joonis 6). Mõõtmiste käigus ei olnud sellel maaüksusel probleeme algtundmatute lahendamisega, st fixed oli kogu aeg olemas. Küll aga vähenes satelliitide arv jälgimise ajal 30lt satelliidilt 21le. Tulemustest selgus, et ka maaüksusel nr 5 on suur erinevus miinimumi ja maksimumi mõõtmistulemuste vahel. See maaüksus oli väikese ümbermõõduga (ca 250 m), kuid väljavenitatud ja avatud horisondiga. Lisas 6 on veel välja toodud maaüksuste tegelik pindala ja mõõdetud keskmine pindala. Tegelik pindala on väiksem kui mõõdetud keskmine pindala. See on tingitud sellest, et mõõtmised toimusid kõndides. Kõnniti mahamärgitud postide järgi, tekitades nii põllu peale kõndimise jälje e. trajektoori. Kõndimise käigus, ei suudeta hoida saua loodis ja samal ajal jälgida trajektoori. Selle pärast kõnniti loomulikult ja jälgiti rohkem trajektoori. Tulemuste põhjal on koostatud Tabel 4, kuhu on lisatud iga maaüksuse ja iga mõõtmissessiooni keskmine pindala. Tabel on koostatud vastavalt juhendis toodule ISO standardile ning juurde on lisatud tegelik pindala. 35

36 Tabel 4. Maaüksuste keskmised pindalad igas sessioonis seadmega SP80 (meetrites) A 12060, , , , , ,60 B 12056, , , , , ,88 C 12050, , , , , ,68 D 12062, , , , , ,32 E 12056, , , , , ,39 F 12051, , , , , ,35 G 12059, , , , , ,64 H 12060, , , , , ,81 Tegelik 12042, , , , , ,16 Antud keskmiste pindalade kohta on loodud vastavalt ülalpool mainitud standardile ka tabel. Tabelis 5 on toodud standardhälbed, mis näitavad hajuvust keskmise pindala suhtes. Kui standardhälve on suur, siis on mõõtmistulemused enamasti üldisest keskmisest suuremad. Kui standardhälve on väike, siis on mõõtmistulemused keskmisele lähedal. Näiteks Tabel 5 järgi maaüksuse nr 6 standardhälbed on suurusjärgus m, mis tähendab, et selle maaüksuse keskmine on erinevam kui sessioonis saadud tulemus. Vastupidiselt maaüksusele nr 3, kus on standardhälve väike, vahemikus 2 10 m, ja selle keskmine tulemus on sarnane sessioonis saadud tulemusega. Tabel 5. Maaüksuste standardhälve igas sessioonis seadmega SP80 (meetrites) A 15,67 16,22 7,26 2,63 27,10 23,41 B 29,33 10,22 10,13 15,58 30,99 43,98 C 19,82 7,88 6,62 4,11 36,71 23,30 D 7,52 11,91 5,25 19,36 9,53 29,60 E 12,21 13,83 2,21 19,77 17,53 36,85 F 7,44 4,21 9,68 16,95 16,92 34,03 G 14,75 2,46 3,98 16,92 19,63 37,43 H 12,55 5,20 3,73 18,44 20,52 38,92 Et välja selgitada SP80ga mõõdetud tulemustes erindid, kasutati Grubbsi testi. Testi tulemused on näha lisas 10. Tulemustest selgus, et erindeid ei leitud (rida sig). Arvutati välja vead ja puhvrid. Tabelist 6 on näha SP80 mõõdetud tulemuste põhjal arvutatud vead. Vigade arvutamisel kasutati standardhälbeid ja tegelikku ümbermõõtu. 36

37 Puhvri limiidi arvutamisel kasutati koefitsienti ja standardhälbe jagatist ümbermõõduga (srj/ümbermõõt). Tabel 6. Maaüksustes välja arvutatud vead ja puhvri limiit seadmega SP80 (meetrites) Maaüksus Ümbermõõt (m) 569,80 523,63 535,03 204,16 247,03 360,52 srj 2 (mj 4) 311,25 118,66 51,76 283,73 661, ,11 srj (m 2) 17,64 10,89 7,19 16,84 25,71 36,89 srj/ümbermõõduga 0,03 0,02 0,01 0,08 0,10 0,10 Puhvri limiit=2.8*puhver 0,09 0,06 0,04 0,23 0,29 0,29 Märkus: Tabelis toodud srj reprodutseeritud standardhälve, j on maaüksuse number. Et leida mõõtmistulemuste täpsusklass, selleks arvutati srj/ümbermõõduga tulemustest keskmine, mille tulemuseks saadi 0,17 m. Täpsusklassi klassifikatsiooni järgi kuulub see III klassi, täpsusega kuni 0,5 m MM50 valideerimistulemused ja analüüs Antud töös kasutati seadet MM50 ilma paranditeta, et teada saada, kui palju erineb see RTK paranditega mõõtmistulemustest. Katses saadud mõõtmistulemused on lisatud lisasse 7. Tulemustest on näha, et antud seadmega mõõtes, erineb miinimum ja maksimum pindala tegelikust pindalast väga palju. Näiteks maaüksuse nr 1 tegelik pindala on 12042,04 m 2, miinimum 11475,02 m 2 ja maksimum 12721,82 m 2. Vahe on vastavalt 567,02 m 2 ja - 679,78 m 2. Mõõtmistulemuste põhjal on koostatud tabel 7, kuhu on lisatud iga maaüksuse ja iga mõõtmissessiooni keskmine pindala. Tabel on koostatud vastavalt juhendis toodule ISO standardile ning juurde on lisatud tegelik pindala. 37

38 Tabel 7. Maaüksuste keskmised pindalad igas sessioonis seadmega MM50 (meetrites) A 12071, , , , ,46 368,04 B 12063, , , , ,70 366,32 C 12215, , , , ,15 360,40 D 12125, , , , ,30 362,47 E 11844, , , , ,70 362,29 F 11873, , , , ,08 361,29 G 12056, , , , ,98 360,11 H 12091, , , , ,47 359,58 Tegelik 12042, , , , , ,16 Antud keskmiste pindalade kohta on loodud vastavalt ülalpool mainitud standardile ka tabel. Tabel 8 on toodud standardhälbed, mis näitavad hajuvust keskmise pindala suhtes. Kui standardhälve on suur, siis on mõõtmistulemused enamasti üldisest keskmisest suuremad. Kui standardhälve on väike, siis on mõõtmistulemused keskmisele lähedal. Tabelist on näha, et standardhälbed on väga suured. Seadet on kasutatud ilma paranditeta ja seade asus mõõtmise ajal mõõdistaja ees (maapinnast u 1 m kõrgusel). Seetõttu varjas mõõdistaja ühelt poolt seadmel satelliitide signaalide vastuvõtmist. Tabel 8. Maaüksuste standardhälve igas sessioonis seadmega MM50 (meetrites) A 133,70 528,64 375,81 69,23 78,60 449,20 B 514,28 423,16 335,11 74,99 87,06 540,59 C 315,78 476,05 168,71 97,70 208,96 474,97 D 441,69 829,09 792,83 103,67 165,06 219,48 E 156,88 781,01 550,17 168,17 207,09 161,27 F 203,24 586,72 700,74 172,48 97,29 122,77 G 628,61 462,35 664,89 141,51 294,46 321,44 H 372,56 526,39 731,29 255,57 203,41 369,17 Et välja selgitada SP80-ga mõõdetud tulemustes erindid, selleks kasutati Grubbsi testi. Testi tulemused on näha lisas 10. Tulemustest selgus, et erindeid ei leitud (rida sig). Arvutati välja vead ja puhvrid. Tabel 9 on näha MM50 mõõdetud tulemuste põhjal arvutatud vead. Vigade arvutamisel kasutati standardhälbeid ja tegelikku ümbermõõtu. Puhvri limiidi arvutamisel kasutati koefitsienti ja standardhälbe jagatist ümbermõõduga (srj/ümbermõõt). 38

39 Tabel 9. Maaüksustes välja arvutatud vead ja puhvri limiit seadmega MM50 (meetrites) Maaüksus Ümbermõõt (m) 569,80 523,63 535,03 204,16 247,03 360,52 srj , , , , , ,28 srj 414,31 641,02 625,30 159,33 196,62 391,03 srj/ümbermõõduga 0,73 1,22 1,17 0,78 0,80 1,08 Puhvri limiit=2.8*puhver 2,04 3,43 3,27 2,19 2,23 3,04 Märkus: Tabelis toodud srj reprodutseeritud standardhälve, j on maaüksuse number. Et leida mõõtmistulemuste täpsusklass, selleks arvutati srj/ümbermõõduga tulemustest keskmine, mille tulemuseks saadi 2,70 m. Täpsusklassi klassifikatsiooni järgi ei kuulu see täpsus antud klassifikatsiooni SP60 valideerimistulemused ja analüüs Järgnevalt kasutati seadet SP60 koos RTK GNSS-paranditega. Katses saadud mõõtmistulemused on lisatud lisasse 8. Tulemustest on näha, et antud seadmega mõõtes ei erine miinimum ja maksimum pindala tegelikust pindalast väga. Näiteks maaüksuse nr 4 tegelik pindala on 2600,16 m 2, miinimum 2600,33 m 2 ja maksimum 2616,50 m 2. Vahe on vastavalt -0,17 m 2 ja -16,34 m 2. Mõõtmisel asus seade saua otsas ja seadme kõrgus oli maapinnast u 2,3 meetrit. Seega antud katses, ei piiranud mõõdistaja ise satelliitide signaalide kättesaamist. Mõõtmistulemuste põhjal on koostatud Tabel 10, kuhu on lisatud iga maaüksuse ja iga mõõtmissessiooni keskmine pindala. Tabel on koostatud vastavalt juhendis toodule ISO standardile ning juurde on lisatud tegelik pindala. 39

40 Tabel 10. Maaüksuste keskmised pindalad igas sessioonis seadmega SP60 (meetrites) A 11999, , , , , ,17 B 11990, , , , , ,91 C 12007, , , , , ,28 D 11991, , , , , ,21 E 11997, , , , , ,53 F 12002, , , , , ,20 G 12008, , , , , ,33 H 12004, , , , , ,49 Tegelik 12042, , , , , ,16 Iga sessiooni keskmise pindala kohta on toodud tabelis 11 standardhälve. See näitab, kui suuresti erineb sessiooni keskmine pindala keskmisest. Tabelist on näha, et standardhälbed maaüksusel nr 4 jäävad vahemikku 0 7 m. See näitab, et hajuvus keskmisest pindalast on väga väike. Tabel 11. Maaüksuste standardhälve igas sessioonis seadmega SP60 (meetrites) A 21,03 19,35 89,25 0,36 16,15 29,29 B 17,99 30,12 48,29 2,02 20,09 10,73 C 33,76 10,73 19,24 3,15 7,16 12,01 D 13,52 22,64 27,93 3,70 14,80 13,64 E 40,05 33,55 25,47 5,72 7,24 9,46 F 20,70 23,41 27,70 4,74 9,75 16,26 G 81,14 39,34 48,62 2,72 9,51 10,73 H 25,00 22,88 57,34 6,76 5,12 12,47 Et välja selgitada SP60-ga mõõdetud tulemustes erindid, selleks kasutati Grubbsi testi. Testi tulemused on näha lisas 10. Tulemustest selgus, et erindeid ei leitud (rida sig). Tabelis 12 on toodud välja seadmega SP60 tulemuste põhjal arvutatud vead ja puhvri limiit. Arvutati välja vead ja puhvrid. Tabelist 12 on näha SP60ga mõõdetud tulemuste põhjal arvutatud vead. Vigade arvutamisel kasutati standardhälbeid ja tegelikku ümbermõõtu. Puhvri limiidi arvutamisel kasutati koefitsienti ja standardhälbe jagatist ümbermõõduga (srj/ümbermõõt). 40

41 Tabel 12. Maaüksustes välja arvutatud vead ja puhvri limiit seadmega SP60 (meetrites) Maaüksus Ümbermõõt (m) 569,80 523,63 535,03 204,16 247,03 360,52 srj ,08 824, ,28 19,86 174,78 281,19 srj 40,65 28,71 51,96 4,46 13,22 16,77 srj/ümbermõõduga 0,07 0,05 0,10 0,02 0,05 0,05 Puhvri 0,20 0,15 0,27 0,06 0,15 0,13 limiit=2.8*puhver Märkus: Tabelis toodud srj reprodutseeritud standardhälve, j on maaüksuse number. Et leida mõõtmistulemuste täpsusklass, selleks arvutati srj/ümbermõõduga tulemustest keskmine, mille tulemuseks saadi 0,16 m. Täpsusklassi klassifikatsiooni järgi kuulub see III klassi, täpsusega kuni 0,5 m MM120 valideerimistulemused ja analüüs Antud töös kasutati seadet MM120 koos Hadese VRS võrgu paranditega. Katses saadud mõõtmistulemused on lisatud lisasse 8. Tulemustest on näha, et antud seadmega mõõtes ei erine miinimum ja maksimum pindala tegelikust pindalast väga palju. Näiteks maaüksuse nr 4 tegelik pindala on 2600,16 m 2, miinimum 2586,29 m 2 ja maksimum 2634,14 m 2. Vahe on vastavalt 13,87 m 2 ja 33,98 m 2. Mõõtmisel asus seade saua küljes ja seadme kõrgus oli maapinnast u 1 meeter. Seega antud katses piiras mõõdistaja ise satelliitide signaalide kättesaamist ühelt poolt. Mõõtmistulemuste põhjal on koostatud tabel 13, kuhu on lisatud iga maaüksuse ja iga mõõtmissessiooni keskmine pindala. Tabel on koostatud vastavalt juhendis toodule ISO standardile ning juurde on lisatud tegelik pindala. 41

42 Tabel 13. Maaüksuste keskmised pindalad igas sessioonis seadmega MM120 (meetrites) A 12052, , , , , ,21 B 12040, , , , , ,34 C 12053, , , , , ,61 D 12034, , , , , ,89 E 12044, , , , , ,19 F 12105, , , , , ,43 G 12041, , , , , ,00 H 12072, , , , , ,40 Tegelik 12042, , , , , ,16 Iga sessiooni keskmise pindala kohta on toodud tabelis 14 standardhälve. See näitab, kui suuresti erineb sessiooni keskmine pindala keskmisest. Tabelist on näha, et standardhälbed maaüksusel nr 4 jäävad vahemikku 5 13 m. See näitab, et hajuvus keskmisest pindalast on väike. Tabel 14. Maaüksuste standardhälve igas sessioonis seadmega MM120 (meetrites) A 16,54 62,08 51,87 5,33 8,39 25,02 B 4,72 38,20 27,13 11,81 6,56 22,74 C 12,08 58,73 46,34 7,25 39,54 31,24 D 54,90 36,56 80,32 9,18 31,55 5,37 E 34,19 35,60 61,96 4,61 61,25 18,40 F 120,94 92,88 58,85 11,76 53,17 59,45 G 29,26 20,92 35,32 9,59 15,23 22,66 H 31,93 71,18 44,68 12,60 8,12 48,03 Et välja selgitada MM120-ga mõõdetud tulemustes erindid, selleks kasutati Grubbsi testi. Grubbsi testi tulemused on lisatud lisasse nr 10. Tulemustest selgus, et erindeid ei leitud (rida sig). Arvutati välja vead ja puhvrid. Tabelist 15 on näha MM120 reaalajas mõõdetud tulemuste põhjal arvutatud vead. Vigade arvutamisel kasutati standardhälbeid ja tegelikku ümbermõõtu. Puhvri limiidi arvutamisel kasutati koefitsienti ja standardhälbe jagatist ümbermõõduga (srj/ümbermõõt). 42

43 Tabel 15. Maaüksustes välja arvutatud vead ja puhvri limiit seadmega MM120 RTK (meetrites) Maaüksus Ümbermõõt (m) 569,80 523,63 535,03 204,16 247,03 360,52 srj , , ,70 104, , ,45 srj 55,51 60,98 57,37 10,21 37,32 35,91 srj/ümbermõõduga 0,10 0,12 0,11 0,05 0,15 0,10 Puhvri limiit=2.8*puhver 0,27 0,33 0,30 0,14 0,42 0,28 Märkus: Tabelis toodud srj reprodutseeritud standardhälve, j on maaüksuse number. Et leida mõõtmistulemuste täpsusklass, selleks arvutati srj/ümbermõõduga tulemustest keskmine, mille tulemuseks saadi 0,29 m. Täpsusklassi klassifikatsiooni järgi kuulub see III klassi, täpsusega kuni 0,5 m. Antud seadme mõõtmistulemustele tehti ka järeltöötlus. Kuna PRIA kasutab selle seadme mõõtmisandmed koos järeltöötlusega. Võrreldi, kui palju erinevad reaalajas mõõdetud ja järeltöötluses saadud tulemused. Andemd töödeldi programmiga MobileMapper Office v Kuna VRS-teenusest saadud andmed järeltöötluseks ei sobinud siis tuli kasutada IGS-jaama andmeid. Järeltöötlusega saadud vead ja puhvri limiit on toodud tabelis 16. Tabelist on näha, et mõõtmistulemused klassifitseeruvad III täpsusklass tulemusega 0,47 m. Tabel 16. Maaüksustes välja arvutatud vead ja puhvri limiit seadmega MM120 järeltöötlusega (meetrites) Maaüksus Ümbermõõt (m) 569,80 523,63 535,03 204,16 247,03 360,52 srj , , ,11 38, , ,80 srj 43,69 111,61 99,17 6,22 51,37 107,04 srj/ümbermõõduga 0,08 0,21 0,19 0,03 0,21 0,30 Puhvri limiit=2.8*puhver 0,21 0,60 0,52 0,09 0,58 0,83 Märkus: Tabelis toodud srj reprodutseeritud standardhälve, j on maaüksuse number. Et neid omavahel paremini võrrelda, on koostatud tabel 17, kus on välja toodud korratavuse standardhälve jagatis ümbermõõduga ja puhvri limiidi erinevused. 43

44 Tabel 17. Maaüksustes välja arvutatud vead ja puhvri limiidi erinevused seadmega MM120 reaalajas ja järeltöötlusega (meetrites) Maaüksus Ümbermõõt (m) 569,80 523,63 535,03 204,16 247,03 360,52 srj 2 (erinevus) 1172, , ,41 65, , ,35 srj (erinevus) 11,81-50,63-41,80 3,99-14,05-71,13 srj/ümbermõõduga (erinevus) 0,02-0,10-0,08 0,02-0,06-0,20 Puhvri limiit=2.8*puhver (erinevus) 0,06-0,27-0,22 0,05-0,16-0,55 Märkus: Tabelis toodud srj reprodutseeritud standardhälve, j on maaüksuse number. Tabelist 17 on näha, et reaalajas ja järeltöötlusega saadud andmete srj/ümbermõõduga erinevuse keskmine on -0,06 m. Puhvri limiidi erinevuse keskmine on -0,18 m Valideerimistolerantsid Valideerimisandmete põhjal on koostatud tabel 18. Tabelis on toodud kõigi maaüksuste pindalad, ümbermõõdud ja iga seadme kohta saadud valideerimistolerantsid. Tabel 18. Maaüksustele leitud tolerantsid iga seadme kohta eraldi. Maaüksus nr Pindala (m 2 ) Ümbermõõt (m) SP80 (m) SP60 (m) MM120 (RTK) (m) MM120 (PP) (m) MM50 (m) ,04 569,800 0,09 0,20 0,27 0,21 2, ,75 523,63 0,06 0,15 0,33 0,60 3, ,3 535,03 0,04 0,27 0,30 0,52 3, ,16 204,16 0,23 0,06 0,14 0,09 2, ,77 247,03 0,29 0,15 0,42 0,58 2, ,16 360,52 0,29 0,13 0,28 0,83 3,04 Keskmine: 0,17 0,16 0,29 0,47 2,70 Tabelist saab järeldada, et neljast seadmest kolm jäid valideerimis III klassi lubatud piiridesse. Valideerimistulemuste III klassi kuuluvad tulemused, mis on < 0,50 meetrit. Tulemused on järgmised: SP80 0,17 m; SP60 0,16 m; MM120 (RTK) 0,29 m; MM120 (PP) 0,47 m. I klassi kuulus seade MM50, mille tulemus jäi vahemikku 0,75-1,00 m. MM50 ilma parandita tulemus on 2,69 m. 44

45 3.2. Valideerimistulemuste standardhälbed maaüksuseti Valideerimistulemuste standardhälbe tabelite järgi on koostatud võrdlevad graafikud maaüksuste kaupa. Graafikutest on näha, millised on valideerimistulemuste standardhälbed samal maaüksusel erinevate seadmetega. Kuna seadmega MM50 teostati mõõtmisi ilma parandita ja koos parandiga (mõõtmised, kus oli lahenduseks ka DGPS), siis need tulemused on välja jäetud, kuna standardhälbed on liiga suured (nt maaüksuse nr 2 standardhälve on 572,68 m, maaüksuse nr 4 standardhälve on 136,91 m). Joonisel 16 on välja toodud maaüksuse nr 1 standardhälbed. Joonis 16. Maaüksuse nr 1 standardhälbed seadmetel SP80, SP60, MM120 Sellelt jooniselt näeb, et maaüksusel nr 1 on standardhälbed enam-vähem kõigil seadmetel samas suurusjärgus. Maaüksus nr 6 on aga kõige suurem erinevus MM120 standardhälbes, mis on teistest vastavalt 100,24 m ja 113,5 m suurem. Seda põhjustab üks mõõtmistulemus, mis on ca 100 m 2 võrra suurem kui teised mõõtmistulemused. Aga kuna erindite leidmise test ei tuvastanud ühtegi erindit, siis kasutatakse neid andmeid edasi. 45

46 Joonis 17. Maaüksuse nr 2 standardhälbed seadmetel SP80, SP60, MM120 Jooniselt 17 on näha maaüksuse nr 2 standardhälbe tulemusi. Siin on kõige väiksema kõikumisega kõige täpsem seade SP80 ning kõige suurema erinevusega seade MM120. Nr 2 maaüksus on piiratud metsaga läänest, kus GIS-GPS-seade (MM120) võib saada satelliite kätte vähem kui RTK seade (SP80). Veel asus MM120 maapinnalt ca 1 m kõrgusel (mõõdistaja varjas), aga SP80 ca 2,2 m kõrgusel (mõõdistaja ei varjanud), kus on parem horisont satelliitide kättesaamiseks. Joonisel 18 on näha maaüksuse nr 3 standardhälbe tulemusi. Maaüksus nr 3 oli piiratud metsaga nii lõunast kui ka läänest. Kõige suurem erinevused on esimesel sessioonil, kus nii SP60l kui ka MM120l on suur standardhälve. Teise komplekti kuulunud SP60 ja MM120ga teostati mõõdistamisi samal ajal. Satelliite oli näha sama palju, aga kuna SP60 asetses saua otsas ja MM120 saua keskel, siis satelliitide kättesaadavus oli erinev. 46

47 Joonis 18. Maaüksuse nr 3 standardhälbed seadmetel SP80, SP60, MM120 Joonisel 19 on näha maaüksuse nr 4 standardhälbe tulemusi. Siin on kõige stabiilsemad standardhälbed saanud seade SP60, mitte SP80. Kuid seda sellepärast, et SP80ga mõõdeti sessiooni, sessiooni (eri aegadel) ja ilmastik oli tuuline, mis mõjutas mõõdistaja kõndimist. Aga oli ilmastik sobilikum ja tulemused ka stabiilsemad. SP60ga mõõtes oli ilmastik sobilik. 47

48 Joonis 19. Maaüksuse nr 4 standardhälbed seadmetel SP80, SP60, MM120 Joonisel 20 on näha maaüksuse nr 5 standardhälbeid. Ka siin on märgata SP80 suurt kõikumist 1 3 sessioonil, samuti toimusid mõõtmised sarnaselt maaüksusel nr 4 ja ilmastik oli mõjutaja. MM120 tulemused on muutlikud 4 ja 5 sessioonil, mis võib olla tingitud eriaegadel mõõtmisega, kus MM120 ei saanud nii suurt täpsust kätte aga SP60 sai. Sest MM120 kasutab Flying RTK meetodit. 48

49 Joonis 20. Maaüksuse nr 5 standardhälbed seadmetel SP80, SP60, MM120 Joonisel 21 on näha maaüksuse nr 6 standardhälbe tulemusi. Kõige suurem standardhälve on MM120l 6. sessioonil, tulemus 59,45 m. 49

50 Joonis 21. Maaüksuse nr 6 standardhälbed seadmetel SP80, SP60, MM sessiooni mõõtmine toimus umbes kl keskpäeval, mis tähendab, et satelliite on taevas vähem. Kuna MM120 kasutab ainult L1+GLONASS signaale, siis võib olla, et neid satelliite ei olnud piisavalt näha. 50

51 KOKKUVÕTE Käesoleva lõputöö eesmärgiks oli katsetada uusi GIS-GNSS-seadmeid RTK-parandid VRS võrgust. Eesmärgi täitmiseks oli vaja teha katsemõõtmisi kuuel maaüksusel. Selleks paigaldati puuvaiad iga meetri järel maasse. Maaüksuste kujud ja suurused erinesid üksteisest. Igal maaüksusel toimus 8 mõõtmisseeriat, igas seerias 4 kordust, kaks päri- ja kaks vastupäeva. Katsemõõtmised viidi läbi Põlvamaal Orava vallas Orava küla Solda tee 25 katastriüksusel. Ajavahemikul Mõõtmistel kasutati vastuvõtjaid Spectra Precision SP 80 ja SP 60 ning GIS-GNSS-seadmeid MobileMapper 50 (MM50) ja MobileMapper 120 (MM120). Parandite saamiseks kasutati Maa-ameti VRS ja Hades Invest (HadNet) VRS võrkusid. Esiteks valideerimistulemused näitasid, et pindala määramine koos paranditega jääb Spectra Precision RTK seadmetel SP80, SP60 ja MM cm piiresse (lubatud kuni 75 cm). Valideerimistolerantside keskmine tulemus oli SP80-l 0,17 m, SP60-l 0,16 m, MM120 reaalaja paranditega 0,29 m. Sellest saame järeldada, et klassikalise GIS-seadme (ühe sagedusega) täpsus on pea poole võrra väiksem kui RTK-seadmel (mitme sagedusega). Teiseks selgus, et põldude pindalade määramisel on kõige täpsemad RTK-seadmed SP80 ja SP60. SP80 on RTK-GNSS seade, mis on spetsifikatsioonis kõige täpsem ja kasutati teiste seadmete kontrolliks ning võrdluseks. Tolerantside tulemustest selgus, et kõige väiksem oli see SP60, mis oli piiratud täpsusega 30/30 cm ja GIS-GNSS-seade. Seega ei saanud antud katses SP80 täpsemat tulemust kui SP60-ga. Sellise tulemuse põhjuseks on mõõtmisviis ehk määratud trajektoori mõõtmisel andmete salvestamine ühe meetri tagant. Täpsuse tõstmiseks tuleks punkte salvestada manuaalselt seal, kus muutub situatsioon, sellega väldiks inimese käimisest ja keskkonnatingimustest põhjustatud trajektoori muutust. 51

52 Kolmandaks MM120 tulemustest selgus, et reaalajas mõõtmine on täpsem kui järeltöötlusega saadud tulemused. MM120 järeltöötlusega 0,47 m. Järeltöötluse tulemus võib-olla mõjutatud kaugest (ca 300 km) baasjaamast. Järeltöötlusega saadud andmetel ei ole täpsuses eelist, kuna RTK-seadmega saab palju kiiremini ja lihtsamalt täpsema tulemuse. Ka ei ole vaja soetada lisaprogrammi andmetöötluseks. Neljandaks, MM50 seadmega mõõdetud valideerimistulemused EGNOS parandiga ületasid lubatud piiri mitme kordselt, keskmine tulemus 2,7 m. Valideerimise lubatud piir oli kuni 0,75 meetrit. 52

53 KASUTATUD KIRJANDUS Al-Shaery, A., Zhang, S., & Rizos, C. (2013). An enhanced calibration method of GLONASS inter-channel bias for GNSS RTK. GPS Solutions, 17(2), GNSS valid - JRC. (2017). ( ) GPS devices validation in Italy. (2011). %20validation%20Italy.pdf ( ) GPS World. (2014). EGNOS Operations Introduced in Mediterranean Region: MEDUSA. HadNet. (2017). Hades Invest OÜ püsijaamade võrk. I&hl=en_US ( ) Hewitson, S., & Wang, J. (2006). GNSS receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) performance analysis. GPS Solutions, 10(3), Jürgenson, H., & Türk, K. (2007). Reaalaja GPS lahendused GIS ja RTK meetodi kasutamisel. Landau, H., Brandl, M., Chen, X., & Zhang, F. (2013). Towards the inclusion of galileo and beidou/compass satellites in trimble centerpoint RTX. ResearchGate. alileo_and_beidoucompass_satellites_in_trimble_centerpoint_rtx Landau, Herbert, Chen, X., Klose, S., Leandro, R., & Vollath, U. (2008). Trimble s Rtk And Dgps Solutions In Comparison With Precise Point Positioning. M. G. Sideris (Toim), Observing our Changing Earth (Kd 133, lk ). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 5_81 Leica Geosystems. (2017). ( ) Li, X., Ge, M., Dai, X., Ren, X., Fritsche, M., Wickert, J., & Schuh, H. (2015). Accuracy and reliability of multi-gnss real-time precise positioning: GPS, GLONASS, BeiDou, and Galileo. Journal of Geodesy, 89(6),

54 Liibusk, A. (2011). Metsamaa valideerimine GIS GPS vastuvõtjaga Magellan/Thales ProMark 3. Eesti Maaülikool. Liibusk, A., Türk, K., & Jürgenson, H. (2007). GIS GPSi võimalused. Geodeet, (35). ( ) Maa-amet. (2017). Maa-amet: Geoportaal: GNSS püsijaamad. ( ) Magellan. (2007). Making use of Magellan s BLADE TM GNSS Processing Algorithm for Multipurpose L1 RTK. ftp://ftp.ashtech.com/oem_sensor_adu/legacy%20products/dg16%20&%20d G14/Reference%20Material/DG14%20RTK%20White%20Paper/DG14%20RTK% 20White%20Paper.pdf ( ) PRIA. (Põllumajandus Registrite ja Informatsiooni Amet). ( ) Satellite navigation. Wikipedia. ( ) Spectra Precision. (2017a). MobileMapper 50 - Spectra Precision. ( ) Spectra Precision. (2017b). MobileMapper Spectra Precision. ( ) Spectra Precision. (2017c). SP60 - Spectra Precision. ( ) Spectra Precision. (2017d). SP80 - Spectra Precision. ( ) Topcon. (2017). ( ) Trimble. (2017). ( ) Wang, L., Li, Z., Zhao, J., Zhou, K., Wang, Z., & Yuan, H. (2016). Smart Device- Supported BDS/GNSS Real-Time Kinematic Positioning for Sub-Meter-Level Accuracy in Urban Location-Based Services. Sensors, 16(12),

55 AREA DESIGNATION GIS GNSS EQUIPMENT AND THE RESULT OF THE INFLUENCE OF VARIOUS FACTORS Summary The goal of this thesis was to test new GIS-GNSS devices with corrections, which support real time corrections from VRS network. To fulfill this goal test measurements were carried out on six land units. Wooden stakes were put in the ground after every metres. The sizes and shapes of the land units were different. On every land unit there was 8 measurement series, every series had 4 repetitions, 2 clockwise and 2 counter-clockwise. The test measurements were carried out in Põlvamaa, Orava county, Orava village, Solda road 25 parcels in between The measurements were done with receivers Spectra Precision SP 80, SP 60 and GIS-GNSS devices MobileMapper 50 (MM50) and MobileMapper 120 (MM120). The corrections came from Republic of Estonian Land Board VRS and Hades Invest (HadNet) VRS networks. Firstly validation results showed that the assessment of area with corrections is within the permitted limits with devices SP80, SP60 and MM120. The average results of validation tolerances for SP80 was 0,17 m, SP60 0,16m, MM120 with real time corrections 0,29 m. This shows that the classical GIS device (one frequency) accuracy is smaller by almost half than the RTK device (multiple frequencies). Secondly the results showed that the most accurate devices for assessing areas are RTK devices SP80 and SP60. SP80 is the RTK-GNSS device, which is the most accurate by specifications and it was used to control and compare the other devices to. The tolerance results showed that the SP60, which was with limited accuracy 30/30 cm and a GIS-GNSS device, was the most accurate (ei taju seda et kõige väiksem). In these tests SP60 had results more accurate than SP80. The cause of these results is the method of measurement, which was the saving of data on an assigned trajectory with one metre gap. To raise accuracy points should be saved manually at points, where the situation changes. This 55

56 would help avoid the change in trajectory made by the measurer or by environmental conditions. Furthermore MM120 results showed that real time measurements are more accurate than post-processed data. MM120 post-processed 0,47 m. This result could be influenced with the distance (ca 300 km) from the base station. Post-processed data does not have a big advantage in accuracy because RTK devices give a more accurate result faster and simpler. Also there is no need to purchase an extra program for post-processing. Lastly the results of MM50 with EGNOS corrections were outside of the permitted limits many times, the average result being 2,7 m. The permitted limits of validation were 0,75 metres. 56

57 LISAD 57

58 Lisa 1. MobileMapper 50 spetsifikatsioon 58

59 Lisa 2. MobileMapper 120 spetsifikatsioon 59

60 Lisa 3. Spectra Precision SP80 spetsifikatsioon 60

61 Lisa 4. Spectra Precision SP60 spetsifikatsioon 61