Satelliitinpaikannus korjauspalvelu
10
heinä

Senttitarkka GNSS-mittaus — mitä se vaatii?

Posted on by Geotrim

Senttitarkka GNSS-mittaus vaatii kolme asiaa yhdessä: laadukkaan GNSS-vastaanottimen, reaaliaikaisen korjaussignaalin sekä riittävän satelliittinäkyvyyden. Ilman korjausdataa tavallinen satelliittipaikannus yltää parhaimmillaan metrin tai muutaman metrin tarkkuuteen, mikä ei riitä ammattimaiseen maanmittaukseen tai infrarakentamiseen. Alla käymme läpi tarkimmin ne tekijät, jotka ratkaisevat senttitarkkuuden käytännössä.

Mikä tekee GNSS-mittauksesta senttitarkan?

GNSS-mittauksesta tulee senttitarkka, kun vastaanotin pystyy ratkaisemaan satelliittisignaalin kantoaallon vaiheen pelkän koodin sijaan. Tämä niin sanottu kantoaaltomittaus yhdistettynä reaaliaikaiseen korjausdataan mahdollistaa 1–2 senttimetrin sijaintitarkkuuden, kun taas pelkkä koodimittaus jää tyypillisesti metrin tai useamman metrin tarkkuuteen.

Kantoaaltomittauksessa vastaanotin laskee, kuinka monta kokonaista aallonpituutta satelliitin ja vastaanottimen välillä on. Tämä laskenta on laskennallisesti vaativa, ja se onnistuu luotettavasti vain, kun korjausdata on ajan tasalla ja signaaliympäristö on riittävän avoin. Kun kaikki palaset ovat kohdallaan, tarkkuus on luokkaa, jota tarvitaan esimerkiksi kartoituksessa, maanrakennuksessa ja koneohjauksessa.

Senttitarkkuuteen vaikuttavat siis samanaikaisesti laitteiston laatu, korjauspalvelu ja mittausympäristö. Näistä mikään ei yksin riitä.

Mitä eroa on RTK-mittauksella ja perinteisellä GPS-mittauksella?

RTK-mittaus (Real-Time Kinematic) on reaaliaikainen kinemaattinen mittausmenetelmä, jossa GNSS-vastaanotin saa jatkuvaa korjausdataa tukiasemalta tai verkkopalvelusta ja ratkaisee sijaintinsa senttimetritarkkuudella liikkeessä. Perinteinen GPS-mittaus tarkoittaa yleensä koodipohjaista paikannusta ilman reaaliaikaista korjausta, jolloin tarkkuus jää metritasolle.

Käytännön ero on merkittävä. RTK-mittauksessa vastaanotin prosessoi korjausdatan reaaliajassa ja tuottaa senttimetritarkan sijainnin sekunneissa, kun taas perinteinen GPS-paikannus kerää havaintoja pidemmältä ajalta, ja tarkkuus paranee vasta jälkilaskennassa tai jää kokonaan metritasolle.

On myös hyvä huomata, että termi ”GPS” viittaa teknisesti vain Yhdysvaltojen satelliittijärjestelmään. Nykyaikaiset GNSS-vastaanottimet hyödyntävät samanaikaisesti useita järjestelmiä: GPS, GLONASS, Galileo ja BeiDou. Useamman järjestelmän käyttö parantaa satelliittinäkyvyyttä ja mittauksen luotettavuutta erityisesti haastavissa ympäristöissä, kuten metsässä tai rakennusten lähellä.

Miten VRS-verkko parantaa GNSS-mittauksen tarkkuutta?

VRS-verkko (Virtual Reference Station) parantaa GNSS-mittauksen tarkkuutta luomalla mittaajan sijaintiin virtuaalisen tukiaseman, joka tuottaa paikallisesti optimoitua korjausdataa. Tämä poistaa tarpeen omalle fyysiselle tukiasemalle ja varmistaa, että korjausdata vastaa juuri kyseisen alueen olosuhteita, ei jonkin kauempana sijaitsevan tukiaseman havaintoja.

Perinteisessä RTK-mittauksessa käytetään yhtä fyysistä tukiasemaa, jonka tarkkuus heikkenee etäisyyden kasvaessa. VRS-menetelmässä laskentakeskus yhdistää useiden tukiasemien havaintodatan ja muodostaa niistä virtuaalisen aseman suoraan mittaajan kohdalle. Näin korjausdatan laatu pysyy tasaisena koko mittausalueella.

Trimnet VRS on Geotrim Oy:n tarjoama korjauspalvelu, jonka tukiasemaverkostoon kuuluu lähes 130 GNSS-tukiasemaa ympäri Suomen. Palvelu mahdollistaa RTK-tarkkuudella 1–2 senttimetrin sijaintitarkkuuden reaaliaikaisissa mittaussovelluksissa, ja se toimii kaikkialla Suomessa vuorokauden ympäri. Palvelu on avoin kaikille laitemerkeille, joten se sopii osaksi olemassa olevaa laitteistoa riippumatta vastaanottimen valmistajasta.

Mitkä tekijät heikentävät GNSS-mittauksen tarkkuutta?

GNSS-mittauksen tarkkuutta heikentävät eniten signaalin esteet tai heijastuminen, ionosfäärin ja troposfäärin aiheuttamat viivästymät, riittämätön satelliittimäärä sekä heikko korjausdatan laatu tai sen puuttuminen kokonaan. Näistä signaalin esteet ovat käytännössä yleisin ongelma maastossa.

Rakennukset, puusto ja maastonmuodot voivat estää suoran näköyhteyden satelliitteihin tai aiheuttaa monireittivaikutuksen, jossa signaali heijastuu ennen vastaanottimeen saapumistaan. Heijastunut signaali johtaa virheelliseen etäisyyslaskentaan ja heikentää tarkkuutta merkittävästi. Tiivis metsä on Suomen olosuhteissa yksi haastavimmista mittausympäristöistä.

Ionosfäärin aktiivisuus vaihtelee auringon toiminnan mukaan ja voi vaikuttaa signaalin kulkuaikaan. Tähän VRS-verkko auttaa: kun laskentakeskus yhdistää useiden tukiasemien havaintoja, se pystyy mallintamaan ja korjaamaan ilmakehän aiheuttamia virheitä paremmin kuin yksittäinen tukiasema.

Myös laitteiston kunto vaikuttaa. Vahingoittunut antenni, löysä liitos tai vanhentunut ohjelmisto voivat aiheuttaa mittausvirheitä, jotka eivät näy heti mutta kumuloituvat pitkässä mittaussarjassa.

Millainen laitteisto senttitarkkaan GNSS-mittaukseen tarvitaan?

Senttitarkkaan GNSS-mittaukseen tarvitaan monikonstellaatio-GNSS-vastaanotin, joka tukee kantoaaltomittausta ja reaaliaikaista RTK-korjausta. Vastaanottimen on kyettävä käsittelemään useita satelliittijärjestelmiä samanaikaisesti ja vastaanottamaan korjausdataa joko suoraan verkkopalvelusta tai erilliseltä tukiasemalta.

GNSS-vastaanotin ja antenni

Ammattimaiseen satelliittimittaukseen tarkoitettu GNSS-vastaanotin käsittelee useita taajuuksia samanaikaisesti. Monikaistaisuus parantaa tarkkuutta ja nopeuttaa kiinnitystä erityisesti avoimissa olosuhteissa. Antenni on yhtä tärkeä kuin itse vastaanotin: laadukas antenni vaimentaa monireittivaikutusta ja parantaa signaalinvastaanottoa matalilta elevaatiokulmilta.

Tiedonsiirto ja korjauspalvelu

Reaaliaikainen RTK-mittaus vaatii toimivan tiedonsiirtoyhteyden korjausdatan vastaanottamiseksi. Käytännössä tämä tarkoittaa mobiilidatayhteyttä, kun käytetään VRS-verkkopalvelua. Suomessa mobiiliverkon kuuluvuus on laajaa, mutta syrjäisimmillä alueilla yhteys voi katketa, jolloin on hyvä tietää laitteiston PPK-kyky eli jälkilaskentamahdollisuus.

Laitteiston valinnassa kannattaa kiinnittää huomiota myös kestävyyteen. Suomen olosuhteet asettavat vaatimuksia: kosteus, pakkanen ja maastokäyttö kuluttavat laitteita, ja ammattikäyttöön tarkoitettu laitteisto on suunniteltu kestämään näitä rasituksia. Lisätietoja sopivasta laitteistosta ja korjauspalvelusta saa Geotrimiä kontaktoimalla.

Aiheeseen liittyvät artikkelit