GPS ja suomalaiset
koordinaatistot

 

 

 

6.2.7 GPS ja koordinaatistot

Aika

GPS-aika eroaa kontrolloidusta yleisajasta eli ns. UTC-ajasta UTC:hen lisättävien karkaussekuntien osalta. Suurin osa GPS-vastaanottimista kuitenkin lisää GPS-aikaan karkaussekunnit ja näyttää siis käyttäjälle UTC-aikaa. 

Suomi noudattaa 30° E meridiaanin mukaan määriteltyä vyöhykeaikaa (Eastern European Standard Time), joka poikkeaa UTC:sta + 2 tuntia. Suomen kesäaika (Eastern European Daylight Savings Time) puolestaan poikkeaa UTC:stä + 3 tuntia. 

Koordinaatistot

Maailmalla on käytössä satoja erilaisia koordinaattijärjestelmiä. GPS noudattaa sisäisesti globaalia koordinaattijärjestelmää (WGS84), jota käyttäen se suorittaa kaikki laskutoimitukset. Yleensä ainoastaan lopputulos lasketaan jotain muunnosta käyttäen käyttäjän toivomaan koordinaattijärjestelmään.

Tarkkoja laskelmia haittaa se, että maapallo koostuu nestemäisen ytimen päällä "kelluvista" mannerlaatoista, jotka liikkuvat hitaasti toistensa suhteen. Näin olen koordinaatiston kiintopisteisiin perustuva realisaatio on aina suhteessa johonkin ajanhetkeen l. epookkiin, ja jonkun mittaushetken tietoja tulee korjata tiedolla esim. mannerlaattojen liikkeestä, maankuoren vuorovesi-ilmiöstä jne.     

Suomen KKJ-järjestelmä perustuu ED50-datumiin, jonka referenssiellipsoidi on Hayfordin ellipsoidi vuodelta 1924. Se on suorakulmainen, kolmen asteen kaistoissa oleva tasokoordinaatisto. ED50-koordinaateista päästään KKJ-koordinaatteihin suorittamalla ensin Gauss-Kruger-projektio keskimeridiaanina 27° E, sekä Helmert-muunnos l. koordinaatiston kierto ja siirto. KKJ-koordinaatisto on siis ED50-järjestelmän paikallisesti hieman deformoitunut muunnos (Poutanen 1999).

WGS84

GPS-järjestelmä on käyttänyt vuodesta 1987 lähtien referenssijärjestelmänään WGS84-järjestelmää (World Geodetic System 1984). Se on geosentrinen systeemi, johon kuuluva referenssiellipsoidi (f= 1:298.257223563) on lähes sama kuin kansainvälisessä GRS80-datumissa.

WGS84-järjestelmän lähin realisaatio Suomessa on ns. EUREF89-kiintopisteverkko. Tämän kiintopisteverkon perusteella on laadittu ns. EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmä, joka on tulossa KKJ:n tilalle Suomen kartoituksen peruskoordinaatistoksi. GPS:n tuottamat  WGS84-koordinaatit vastaavat siis hyvin tarkasti uusia EUREF-FIN-koordinaatteja. 

WGS84-järjestelmän koordinaatit voidaan esittää joko suorakulmaisina XYZ-koordinaatteina tai maantieteellisinä koordinaatteina (F,l asteita) ja korkeutena ellipsoidista.  

Koordinaatistojen tarkkuus ja globaalisuus (Poutanen 1999).

 

WGS84:stä KKJ:ksi

GPS-vastaanottimien antamat WGS84-koordinaatit joudutaan usein muuntamaan KKJ-koordinaateiksi GIS-järjestelmiä tai kartalle merkitsemistä varten.

Muodollisesti oikea tapa suorittaa tehtävä on muuntaa WGS84-koordinaatit ensin ED50-järjestelmän mukaisiksi. Tämän jälkeen suoritetaan koordinaattien Gauss-Kruger-projisointi tasolle. Saaduille koordinaateille lasketaan vielä Helmert-muunnos tasossa.    

Em. formaalisesti oikea menettely saattaa olla joihinkin tarkoituksiin liian raskas. Korjaus on mahdollista approksimoida myös kartakkeiden avulla tai laskea yksinkertaisemman polynomikehitelmän avulla.

Karkea muunnos P ja I-koordinaatteihin metreinä WGS84-järjestelmästä KKJ-järjestelmään siirryttäessä (Ollikainen 1993). Vasemmalla pohjoiskoordinaatti.

Käytännön ongelmia 

Mikäli GPS-vastaanottimen käyttäjä luottaa sokeasti valmistajan laitteeseen syöttämiin muunnoskaavoihin, on systemaattisen virheen mahdollisuus aina olemassa. Valmistajat julkaisevat hyvin harvoin muunnosohjelmiensa lähdekoodia tai muunnoksissa käytettäviä yhtälöitä parametreineen. Korjaus voi antaa hyviä likiarvoja esimerkiksi lähellä projektiokaistan sivuamismeridiaania, mutta virhe saattaa kasvaa nopeasti keskimeridiaanilta loitonnuttaessa. Muunnoksen tarkkuus voi myös olla erilainen maan etelä- ja pohjoisosissa. 

GPS ja korkeuslukema

GPS:n tuottama z-koordinaattilukema on yleensä korkeus vertailuellipsoidin pinnasta. Tämä pinta on hieman eri tasoilla esimerkiksi WGS84-ellipsoidissa ja Suomen KKJ-järjestelmässä käytettävässä Hayfordin ellipsoidissa. GPS-järjestelmän tuottama korkeuslukema on lähtökohtaisestikin hieman X- ja Y-koordinaatteja epätarkempi.

Ellipsoidikorkeus eroaa myös vaaitsemalla saatavista ns. ortometrisista korkeuksista. Ortometriset korkeudet lasketaan ns. geoidiin nähden, joka taas on painovoiman samapintakäyrä. Itse asiassa vaaituksen lähtöarvoksi on valittu suhteellisen mielivaltainen N60-taso, joka yhtyy likimain vapaaseen valtameren pintaan.

Suomessa nykyisin käytössä oleva FIN95-geoidi on valmiiksi sovitettu N60-järjestelmään. FIN95-geoidikorkeuksien  ja GRS80-ellipsoidikorkeuksien välinen ero on Suomen alueella noin 18 m. GPS:n antamista WGS84-korkeuslukemista tulee siis meillä vähentää n. 18 m, jotta päästäisiin likimain peruskartan korkeuskäyrien ilmaisemiin korkeuksiin.

 

 

 



 

 

 

 

 

 

GPS-aikalaskurin löydät osoitteesta: http://www.
mapshots.com/
tools/gps_time.asp

 

 

Tämä sivu perustuu Markku Poutasen kirjaan GPS-paikanmääritys (URSA 1999) 

 

.