6.2.5.2 GPS-paikannuksen virheet käytännössä

Seuraava kuva havainnollistaa eri virhekomponenttien osuutta GPS-vastaanottimen paikannustarkkuuteen. Kuvasta näkyy selvästi, että S/A-häirintä oli selvästi suurin paikannusepätarkkuuden aiheuttaja.

Kuva 1. GPS-paikannuksen virhelähteet (Trimble)

S/A-häirinnän poisto parantikin ratkaisevasti  halpojen GPS-laitteiden käyttökelpoisuutta. Myös edullisilla laitteilla päästään nykyisin n. 10 m paikannustarkkuuteen, joka on riittävä useimpiin normaalielämän sovelluksiin. Yhdysvaltojen puolustusministeriö on kuitenkin varannut mahdollisuuden ottaa häirintä takaisin käyttöön tarvittaessa.

Kuvassa on kartoitettu noin 200 euron hintaisella Garmin ETrex-vastaanottimella Yyterinlahden kivet veneilijöitä varten. Paikannuksen tarkkuus ilman korjausta ja 1:40 000 merikortin asemointivirheen huomioiden lienee noin 30-50 m.

Mikäli C-koodia käyttävässä GPS-paikannuksessa pyritään mahdollisimman hyvään tarkkuuteen, tulee käyttäjän kiinnittää huomiota ainakin seuraaviin asioihin:

Satelliittigeometria

Useissa vastaanottimessa voi säätää satelliittigeometriaa kuvaavan luvun kynnysarvoa, jonka jälkeen paikannus lopetetaan. Trimblen laitteissa säädöstä käytetään nimitystä PDOP-suodin. Tämän arvon pienentäminen parantaa paikannuksen tarkkuutta, mutta asettaa toisaalta suuremman vaatimuksen satelliittigeometrialle. Joissain olosuhteissa tulee arvoa suurentaa, jotta vastaanotin voisi ylipäänsä laskea sijaintinsa.

Horisonttimaski

Mikäli laite tarjoaa mahdollisuuden säätää ns. horisonttimaskia, voi sitä nostamalla parantaa paikannustarkkuutta. Tällöin signaali tulee jyrkemmin ilmakehän läpi vastaanottimeen, ja ilmakehä huonontaa paikannusta mahdollisimman vähän. Horisonttimaskia joutuu säätämään ylemmäksi myös silloin kun DGPS-tukiasema sijaitsee kaukana mittauslaitteesta.

Monitieheijastuminen

Monitieheijastumisen aiheuttamia ongelmia voi välttää antennin sijoittelulla heijastaviin pintoihin nähden sekä käyttämällä korkealaatuisia antenneja. Eräiden käyttökokemusten mukaan myös sade ja vesipisarat esimerkiksi puissa voivat aiheuttaa ongelmia. Monitieheijastumisen havaitseminen voi olla vaikeaa, mutta yksittäiset poikkeamat havaintosarjassa voivat selittyä sillä. Tällaiset poikkeamat kannattanee yleensä poistaa aineistosta käsin. DGPS-korjaus ei osaa poistaa monitieheijastumasta aiheutuvaa virhettä.

Mittausaika

Kalliimmat GPS-vastaanottimet tarjoavat mahdollisuuden laskea sijainti havaintoarvojen keskiarvona. Tällöin paikallaan olevan vastaanottimen antama paikannustulos tarkentuu sitä enemmän mitä pidempää mittausaikaa käytetään. Yksittäistä pistettä on syytä mitata tarkkuusvaatimusten mukaan parista minuutista jopa tunteihin.

Katveet

Katveet saattavat tehdä joskus mittauksen mahdottomaksi. Mikäli paikannustulos tarvitaan ehdottomasti, voi mittausta suunnitella etukäteen useilla ohjelmistoilla. Ne näyttävät satelliittien sijainnin valittuun paikkaan nähden, ja näin voidaan etukäteen valita aika jolloin mahdollisimman monta satelliittia on poissa katvealueilta. Myös antennin sijoittaminen korkealle voi ratkaista ongelman. Tällöin tulee tietenkin muistaa vähentää z-koordinaatista antennin korkeus.

Mittaustuloksia on helpoin tarkentaa  ns. differentiaalikorjauksen avulla. Tällöin havaintosuuretta korjataan vähentämällä havainnoista tunnetussa pisteessä mitattu paikannusvirhe.

Muunnokset

GPS-järjestelmän sisäiset koordinaatit ovat aina WGS84-koordinaatteja, jotka ovat hyvin lähellä meilläkin käyttöön otettavaa Euref89-järjestelmää. Nykyiset karttamme käyttävät kuitenkin pääosin KKJ-järjestelmää.

Tarvittava muunnos KKJ-koordinaateiksi tehdään joko laskentojen jälkeen vastaanottimessa siirrettäessä sijainteja PC:lle tai PC:n paikkatieto-ohjelmistoissa. Muunnosohjelmien käyttämissä funktioissa ja niiden parametreissä on yllättävän paljon epätarkkuuksia, eikä näin saatuihin koordinaatteihin voi sokeasti luottaa. Käytettävien ohjelmien toimivuus mittausalueella on syytä tarkistaa, ja systemaattisen muunnosvirheen tapauksessa vaihtaa muunnosohjelma paremmaksi.  

• Differentiaalinen GPS

• Takaisin luvun alkuun

Ulkoisella antennilla ja tiedonkeruuyksiköllä varustettu Trimble ProXL-vastaanotin antaa käytännössä huomattavastai tarkempia tuloksia kuin taskukokoiset GPS-vastaanottimet. Syynä mm. antennin laatu.

GPS-Harjoitus2:

Tarvitset harjoitukseen huokean GPS-laitteen, PC-kaapelin, sekä paikkakuntasi peruskartan asemoituna paikkatietojärjestelmään.

1. Etsi peruskartalta tunnettuja pisteitä2-4 kpl.Parhaita tarkoitukseen ovat esim korkeuskiintopisteet.

2. Hanki pisteiden tarkat KKJ-koordinaatit esim. maanmittaustoimistosta.

3.Käy pisteillä, ja merkitse ne GPS-laitteellasi ns. Waypointeiksi. Tutki, onko laitteessasi ns. keskiarvoistustoimintoa l. koordinaatiksi tulee havaintoajan keskiarvo. Mikäli on, koeta yhden havainnon lisäksi esim 10 s ja 1 min keskiarvoja.

4. Pura pisteet PC:lle GPS Utility-ohjelmalla, ja siirrä ne WGS84-koordinaatteina paikkatieto-ohjelmallesi. Vertaa tuloksia maanmittauslaitoksen lukemiin.

5. Mikäli havaitset systemaattista virhettä, koeta muunnosta Maanmittauslaitoksen sivulla olevalla muunnosohjelmalla. Muuttuivatko koordinaatit? Voit myös koettaa tahdä KKJ-muunnoksen jo GPS  Utility ohjelmassa.

Mitä tulos kertoo huokeiden GPS-laitteiden tarkkuudesta?    

Virhekomponenteista tärkein oli S/A-häirintä

Monitieheijastuman aiheuttamien virheiden havaitseminen ja korjaaminen voi olla vaikeaa