Wróć na stronę główną

Skontaktuj się ze mną...

Trochę o obliczeniach i dokładnościach
Porownanie wersji
Zapomniane techniki
Niwelacja satelitarna
Zapomniane techniki - kinematyczna
sprzętu
kilka słów
tam, gdzie często zaglądam


Poniższe opracowanie, w wersji nieco zubożonej o wyniki obliczeń, ukazało się w listopadowym wydaniu miesięcznika Magazyn Geoinformacyjny GEODETA. Dla ciekawych i dociekliwych pełne wyniki obliczeń i suplement. Przyjemnej lektury!

© 2011 "GEODETA" Sp. z o.o. w Warszawie
© 2011 Sławomir Szczęśniak

Czy L1 wystarczy?

Korzystając z ładnej pogody na przełomie sierpnia i września, postanowiłem poświęcić kilka godzin, aby upewnić głównie siebie, a przy okazji innych, że odbiornik jednoczęstotliwościowy gwarantuje nie tylko wysoką dokładność wyznaczenia, ale także powtarzalność. Swój projekt nazwałem szumnie „Sześciokrotne niezależne wyznaczenie położenia punktu techniką precyzyjnego pozycjonowania satelitarnego odbiornikiem jednoczęstotliwościowym. Analiza i porównanie wyników samodzielnego postprocessingu z obliczeniami ASG-EUPOS serwisu POZGEO (wersja 2.03)”. Zabrzmiało poważnie i naukowo, ale w sumie to tylko luźne przemyślenia i kilka ilustracji. Opisując obliczenia czy podstawowe założenia metody, przedstawiam swój sposób rozumienia tego – w końcu nie całkiem prostego – tematu. Nie występuję tu w roli nauczyciela czy eksperta, traktuję to raczej jako odrobienie lekcji z serii artykułów, które ukazały się w tym roku w GEODECIE. Ocenę pozostawiam czytelnikom.
Początkowo celem moich pomiarów i obliczeń było wyłącznie sprawdzenie powtarzalności wyznaczenia, ze szczególnym naciskiem na współrzędne poziome. Ale mając sześć godzinnych sesji, pięć pomierzonych w warunkach prawie idealnej konfiguracji satelitów, trudno mi było powstrzymać się od wysłania wyników obserwacji do ASG. Przy preprocessingu każdy z plików obserwacyjnych podzieliłem na mniejsze: od 10 minut do 60. Godzinny plik w każdym przypadku nazwałem PO29, dodając numer kolejnego pomiaru (od 0 do 5). Efekty przedstawiam na rysunkach 1-6. Dla każdego dnia pomiaru pokazałem od góry: wykres rzeczywistego PDOP, rozkład minisesji i PDOP planowany (Waypoint Tool Box v.1.00.2506). Wszystkie trzy wykresy mają wspólną oś czasu. Obok znajduje się wizualizacja współrzędnych otrzymanych z samodzielnego postprocessingu i obliczeń serwisu POZGEO. Samodzielne obliczenia wykonywałem programem Ashtech GNSS Solutions v.3.10.11 bezpośrednio po pomiarze, z orbitami Ultra Rapie bez poprawek zegara i jonosfery – dla najlepszej porównywalności wyników. Zastosowałem tu metodę wyrównania do czterech stacji fizycznych, tych samych, które wybiera serwis POZGEO dla odbiorników jednoczęstotliwościowych. Środkiem okręgów na rysunkach jest ten sam punkt wyznaczony ze średniej arytmetycznej z sześciu godzinnych pomiarów i obliczeń własnych. Na rysunkach uwzględniłem sesje 30-, 40-, 50-minutowe i godzinne. Schemat ten powtarza się dla wszystkich dni, w których wykonywałem pomiary.

WYZNACZENIE "0" 27.08.2011 10.19-11.19
WYZNACZENIE "1" 31.08.2011 16.00-17.00(czas GPS)
WYZNACZENIE "2" 02.09.2011 17.39-18.39
WYZNACZENIE "3" 03.09.2011 15.47-16.47
WYZNACZENIE "4" 05.09.2011 15.38-16.38
WYZNACZENIE "5" 12.09.2011 15.11-16.11

PORÓWNANIE OBSERWACJI O RÓZNEJ DŁUGOŚCI

Wydawać by się mogło, że im dłuższa sesja, tym lepszy wynik. Przy samodzielnych obliczeniach zdecydowanie tak, ale nie w serwisie POZGEO. W wyznaczeniu „0” obserwacja 40-minutowa została przez POZGEO obliczona lepiej niż dłuższe, a w wyznaczeniu „1” to punkt z obserwacji 30-minutowej jest najbliższy prawdzie. W wyznaczeniu „2” czterdziestka znacznie odbiega od pozostałych in minus. Wyznaczenie „3”, o dziwo, potwierdza hipotezę, że im dłużej, tym lepiej. W wyznaczeniu „4” znowu obliczenie obserwacji 40-minutowej jest najdalsze od prawdy. Wyznaczenie „5” to kompletna porażka. Dla godzinnej obserwacji, w trakcie której tylko przez ostatnie osiem minut pomiaru PDOP był niewiele większy niż 2, wynik uzyskany w serwisie POZGEO jest, delikatnie mówiąc, nieadekwatny do oczekiwań. Wnioski można wyciągnąć dwa, w tym jeden poważny:

    W serwisie POZGEO nigdy nie uzyskamy takich dokładności, jak przy samodzielnych obliczeniach. Mało tego, dużo tu przypadkowości, która wynika chyba z zastosowania wadliwych algorytmów.
    Mówiąc żartobliwie, nie rejestrujmy sesji 40-minutowych; 30, 50, 60 minut – tak, byle nie czterdzieści!

PORÓWNANIE OBSERWACJI GODZINNYCH

I tu od razu wyjaśnienie: sesje godzinne ucinałem tak, aby nie przekroczyły 3600 epok pomiarowych. Ot, na przykład 3595. Tym sposobem obserwacje w serwisie POZGEO nie były rozrzedzane przed przystąpieniem do obliczeń. Pliki godzinne wysłałem do POZGEO do ponownego obliczenia, kiedy dostępne były już orbity precyzyjne (Final). Wykonałem też w tym czasie samodzielne obliczenia z uwzględnieniem orbit precyzyjnych i ostatecznych poprawek czasu i jonosfery. Z obliczeń moich i POZGEO uzyskałem dwie średnie z sześciu niezależnych wyznaczeń każda. Okazało się, że punkty średnie (mój i z POZGEO) dzieli w poziomie odległość tylko ośmiu milimetrów. Można by dojść do wniosku, że nie warto liczyć samodzielnie, wystarczy wykonać sześć godzinnych sesji, przesłać do POZGEO, obliczyć średnią i mamy dobrze wyznaczony punkt osnowy, nie odbiegający dokładnością od osnowy szczegółowej! Ale, niestety, jest to wniosek humorystyczny, i to z serii humoru czarnego. Wróćmy jednak do naszych obliczeń. Poniżej pokazana jest mapa z wyznaczonymi punktami. Wielokąty z wypełnieniem mają za wierzchołki punkty obliczone wcześniej, wielokąty bez wypełnień – z poprawkami. Nie trzeba chyba nikogo przekonywać, że metoda pomiaru statycznego odbiornikiem L1 połączona z samodzielnym postprocessingiem cechuje się bardzo wysoką powtarzalnością wyznaczenia. Nie można mówić o przypadku, kiedy punkty z sześciu niezależnych wyznaczeń można przykryć złotówką.

No tak, powie ktoś, ale godzinne sesje! Wspomniałem wcześniej, że pliki podzieliłem na sesje krótsze. Jak przedstawia się dla nich powtarzalność, można się przekonać na rysunku poniżej Dla orientacji pozostawiłem te same okręgi i wyznaczenie ostateczne. Punkty pochodzą z sześciu sesji podzielonych na mniejsze, poczynając od 10 minut. Punktów nie udało się opisać, ale nie ma to chyba znaczenia.

DOKŁADNOŚĆ WYZNACZENIA

Każdy geodeta winien zdawać sobie sprawę, że współrzędne punktu są tylko matematycznym przedstawieniem jego położenia. O jakości punktu decyduje dokładność jego wyznaczenia, której miarą jest średni błąd położenia punktu. Nurtowało mnie od dawna, czy dokładności deklarowane przez GNSS Solutions są prawdziwe. Średnia arytmetyczna z sześciu wyznaczeń z orbitami precyzyjnymi daje najbardziej prawdopodobne dostępne matematyczne przedstawienie punktu (współrzędne), a średnia z deklarowanych jednostkowych błędów średnich daje ocenę jego dokładności. Mając punkt referencyjny, wystarczyło teraz porównać z nim inne punkty. Przyjąłem przy tym założenie: dokładność dwóch wyznaczeń punktu jest poprawna, jeżeli odchyłka liniowa obliczona ze współrzędnych uzyskanych w tych wyznaczeniach nie przekracza pierwiastka z sumy kwadratów deklarowanych błędów średnich tych wyznaczeń. To daje 15 cm w przypadku stabilizowanych punktów granicznych (pierwiastek ze 100 + 100 zaokrąglony w górę) czy 12 cm dla pomiaru kontrolnego RTK na punkcie geodezyjnej osnowy szczegółowej (pierwiastek ze 100 + 36 zaokrąglony w górę, gdzie 6 jest przyjętym średnim błędem pomiaru RTK). W tabeli poniżej efekt zestawienie efektów obliczeń różnymi metodami.

Winien jestem wyjaśnienie do arkusza.

G 4FDU - Ashtech GNSS Solutions, wyrównanie do stacji TORU, BYDG, GRUD, WLOC, orbity Ultra Rapid, bez poprawek zegara i jonosfery, mini sesje z jednego dnia obliczone łącznie, bez związania ze sobą wektorami, punkt 10sing został obliczony kontrolnie w osobnym projekcie
G 4FDP - Ashtech GNSS Solutions, wyrównanie do stacji TORU, BYDG, GRUD, WLOC, orbity precyzyjne Final, poprawki zegara i jonosfery
G VDP - Ashtech GNSS Solutions, wyrównanie do wirtualnej stacji referencyjnej wygenerowanej przez POZGEO D, orbity precyzyjne Final, poprawki zegara i jonosfery
A 4FB - automat POZGEO, wyrównanie do stacji TORU, BYDG, GRUD, WLOC, orbity pokładowe, bez poprawek
A 4FP - automat POZGEO, wyrównanie do stacji TORU, BYDG, GRUD, WLOC, orbity precyzyjne Final, bez poprawek zegara i jonosfery, podobnie A 6F, ale dochodzą stacje ILAW i SIPC
G FEP - Ashtech GNSS Solutions, wyrównanie do stacji fizycznych włączonych do sieci IGS i EPN, oddalonych do 200 km, metoda kolejnej eliminacji wektorów z największymi poprawkami w czasie wyrównania, w każdym wyznaczeniu uczestniczyły co najmniej trzy stacje fizyczne, orbity precyzyjne Final, poprawki zegara i jonosfery
G VEP - Ashtech GNSS Solutions, wyrównanie do wirtualnej stacji referencyjnej wygenerowanej z obserwacji fizycznych na stacjach włączonych do sieci IGS i EPN, oddalonych do 200 km, orbity precyzyjne Final, poprawki zegara i jonosfery
T 4FB - Topcon Tools, wyrównanie do stacji fizycznych TORU, BYDG, GRUD, WLOC, automatyczna eliminacja wektorów z poprawkami przekraczającymi normę w czasie wyrównania, orbity pokładowe, bez poprawek
mp - średni błąd położenia xy deklarowany przez program obliczeniowy
mH - średni błąd wysokości deklarowany przez program obliczeniowy
V - odchyłka liniowa obliczona ze współrzędnych, analogicznie dH
Vmax - pierwiastek z sumy kwadratów błędów średnich przyjętego punktu PO29 i porównywanego, analogicznie dHmax
KONTR - kontrola : 100 - prawidłowa deklarowana dokładność 0 - zawyżona deklarowana dokładność

Teraz trochę statystyki. Na 49 obliczonych samodzielnie punktów dla 2 deklarowana dokładność wyznaczenia poziomego przekracza wartości kontrolne, co stanowi 4%. W automacie POZGEO jest znacznie gorzej, na 24 obliczone punkty dla 8 deklarowana dokładność została zawyżona, co daje 33%. Liczby nie kłamią.
A teraz moje spostrzeżenia wynikające z obliczeń różnymi metodami, których wyniki przedstawiono w tabeli powyżej.
1. Największe trudności automatowi POZGEO sprawiło wyznaczenie „0”. Przyczyny można się domyślać, patrząc na wykres PDOP. Natomiast punkt 40_0a jest jednym z tych „cudów”, o których co jakiś czas piszą użytkownicy serwisu POZGEO. Wniosek: planujmy sesje pomiarowe!
2. Bardzo dobre rezultaty dla godzinnej sesji daje obliczenie w serwisie EUREF (stacje IGS i EPN), mimo że interwał obserwacji to aż 30 sekund. Dodam jeszcze, że obserwacji ze stacji referencyjnych nie pobierałem nadmiarowo – wystarczyła godzina. Program ma do dyspozycji tylko 120 wspólnych epok pomiarowych, a mimo to wyznaczenia są bardzo dobre.
3. Jak można się było spodziewać, dokładności wyznaczenia poprzez VRS EUREF są zawyżone, bo brakuje oceny dokładności punktu wirtualnego, w stosunku do którego program określił dokładność położenia obliczanego punktu.
4. Pełnym zaskoczeniem była dla mnie zgodność wyników moich obliczeń z uzyskanymi programem Topcon Tools. Zdejmuję czapkę i pochylam łysinę!

WYZNACZENIE METODĄ R. Pażusa

Wykonanie obliczeń ostatnią metodą zdecydowałem się oddzielić od poprzednich, bo wyniki są na tyle ciekawe, że wymagają osobnego omówienia, nie dotyczą też tylko punktu wyznaczanego. Wykorzystałem przy tym wirtualną stację referencyjną (VRS) z kontrolą wyznaczenia. Do obliczeń przyjąłem te same pliki obserwacyjne, a do porównania ten sam punkt referencyjny co poprzednio. Założeniem wirtualnej stacji referencyjnej jest matematyczne wygenerowanie obserwacji satelitarnych dokładnie takich, jakie uzyskalibyśmy, dokonując rzeczywistego pomiaru w tym miejscu i o tym czasie. O miejscu i czasie decydujemy sami, zlecając serwisowi POZGEO D wygenerowanie pliku. Założenie takie prowadzi do wniosku, że traktując ten wygenerowany plik jako zwykły efekt obserwacji, po poddaniu go obliczeniom, otrzymamy dokładnie takie same współrzędne, jakie założyliśmy wcześniej. No właśnie, rodzi się pytanie, czy dokładnie takie same? Postanowiłem to sprawdzić dostępnymi mi metodami.
Do obliczeń konieczne było wygenerowanie 6 różnych plików obserwacyjnych. Stwierdziłem, że nic nie stoi na przeszkodzie, aby punkty wirtualne miały za każdym razem te same założone współrzędne. Tak też zrobiłem. Dla ustalonych wcześniej współrzędnych (punkt referencyjny) zleciłem serwisowi POZGEO D wygenerowanie obserwacji, które następnie poddałem własnym obliczeniom, wysyłając je jednocześnie do serwisu POZGEO do obliczenia automatycznego. Samodzielne obliczenia wyznaczenia punktów wirtualnych przeprowadziłem programem Ashtech GNSS Solution, wykorzystując 4 fizyczne stacje referencyjne TORU, BYDG, GRUD i WLOC, precyzyjne orbity i ostateczne poprawki jonosfery i zegara oraz wyłącznie (ograniczenie wersji demonstracyjnej programu) obserwacje L1 z pliku, który zawierał obserwacje L1/L2. Uzyskane przy samodzielnym obliczeniu odchyłki liniowe w stosunku do punktu zadanego (0,001-0,004 m) pozwalają wyciągnąć następujące wnioski:
1. Serwis POZGEO D generuje bardzo dokładnie obserwacje wirtualne.
2. Program Ashtech GNSS Solutions jest genialny (co powtarzam przy każdej okazji); słowo to można rozwinąć jako dokładny, intuicyjny, sprawdzony itd.
3. Do prawidłowego wyznaczenia punktu nie jest konieczne posiadanie odbiornika dwuczęstotliwościowego. Przy dobrych danych obserwacyjnych (planowanie sesji!) również odbiornikiem L1 jesteśmy w stanie bez większego wysiłku osiągnąć dokładności poziome przewidziane dla osnowy szczegółowej, ocierające się o osnowę podstawową, niezależnie od tego, jakie krążą na ten temat opinie.
Tym, którzy wiedzą, z jakich danych generowane są pliki obserwacyjne wirtualnej stacji referencyjnej, to, co zrobiłem, wydawać się może niedorzecznością, bo przecież, z pozoru, jest to obrabianie i porównywanie ze sobą tych samych danych! Niekoniecznie, mamy bowiem po drodze oprogramowanie, które generuje (przetwarza, nie zawahałbym się użyć słowa: interpoluje) obserwacje wirtualnej stacji referencyjnej z obserwacji na fizycznych stacjach referencyjnych. Aby mówić o dokładnościach wyznaczenia punktu na podstawie VRS, trzeba mieć pewność, że sam VRS jest dokładny. Takiej pewności nabrałem po przeprowadzeniu własnych obliczeń.

MANKAMENTY POZGEO I CO Z TEGO WYNIKA

Niestety, gorzej przedstawia się sprawa z automatycznymi obliczeniami serwisu POZGEO, co widać wyraźnie na rysunku poniżej. Tu odchyłki wahają się od 0,009 do 0,059 m, co nie jest wynikiem imponującym. Zwrócę tylko uwagę, że do serwisu zostały przesłane pliki obserwacyjne zawierające dane L1/L2, a więc problem niedokładnych obliczeń nie wynika wyłącznie z użycia odbiorników jednoczęstotliwościowych, jak mi się wcześniej wydawało.

[Rozmiar: 31565 bajtów]

Mając zaufanie do punktów wirtualnych, obliczyłem na ich podstawie kolejno minisesje. Punkty obliczałem łącznie w jednym projekcie dla każdego dnia obserwacji. Dla kontroli wpływu takiego sposobu na wynik w osobnym projekcie obliczyłem jedną z obserwacji 10-minutowych i otrzymałem identyczny rezultat. Wykorzystałem orbity precyzyjne, ostateczne poprawki zegara i jonosfery.
Poniżej zestawienie wyników obliczeń w oparciu o VRS z POZGEO D i samych VRS-ów.


UWAGA: W wyznaczeniu "3" obserwacja piętnastominutowa (oznaczona na czerwono) została obliczona na podstawie tylko dwóch minut wspólnych danych z plikiem VRS. I nie była to wina pliku piętnastominutowego - brak obserwacji w pliku VRS.

Wyznaczenia poszczególnych punktów (od 0,003 do 0,004 m) przeszły w 83% kontrolę deklarowanej dokładności wyznaczenia przeprowadzoną sposobem opisanym wcześniej, nawet bez uwzględnienia dokładności wyznaczenia punktu wirtualnego, a maksymalne przekroczenie wynosiło 0,005 m dla jednej z obserwacji 10-minutowych. Potwierdza to zarówno prawidłowość uzyskanych współrzędnych, jak i rzetelność programu w deklarowaniu milimetrowych dokładności wyznaczenia.

Na koniec graficzne przedstawienie wyników obliczeń obserwacji godzinnych różnymi metodami, które przemawia bardziej niż długie rzędy liczb.

Zastanawiam się, czy wnioski o nieprzydatności odbiorników jednoczęstotliwościowych w geodezji nie są wyciągane na podstawie wyników obliczeń serwisu POZGEO. Przyznaję, że do takich wniosków można by dojść. Chociaż nawet wyniki uzyskane w tym serwisie w przypadku obserwacji godzinnych nie wykluczają zastosowywania tych odbiorników do wyznaczania punktów poziomej geodezyjnej osnowy szczegółowej (pamiętajmy do jakiej klasy osnowy zostały zaliczone stacje referencyjne ASG-EUPOS w projekcie rozporządzenia o osnowach geodezyjnych). O osnowie pomiarowej nawet nie wspomnę. Może więc warto sprawę przemyśleć przed wydaniem wyroku na odbiorniki jednoczęstotliwościowe, bo mogą one zrobić jeszcze wiele dobrego dla naszej – wcale nie tak dokładnej – geodezji.

(... i na tym artykuł się kończy)

A niech tam...
"...Na zakończenie chciałabym pogratulować Panu artykułu. Bardzo bym chciała, żeby doktorzy nauk technicznych, którzy do nas piszą, trzymali taki poziom jak Pan. Moje szczere gratulacje!
Pozdrawiam serdecznie
Katarzyna Pakuła-Kwiecińska
redaktor naczelny"

Czułem jednak pewien niedosyt, brakowało mi kropki nad i. Zastanawiała mnie jakość generowania wirtualnej stacji referencyjnej na podstawie danych sieci EUREF przez program Ashtech GNSS Solutions. W końcu mając już ocenę jakości danych VRS generowanych przez serwis POZGEO D, niekonsekwencją byłoby, gdyby takiej ocenie nie poddać VRS-ów generowanych przez GNSS Solutions
Do tej oceny przyjąłem podobne założenia, co poprzednio w stosunku do serwisu POZGEO D, a więc dane stacji były generowane za każdym razem dla punktu o tych samych współrzędnych (punkt referencyjny), czas "obserwacji" to 7 godzin rozłożone "symetrycznie" w stosunku do obserwacji godzinnej - trzy godziny przed i trzy godziny po. Dane generowałem jednakowo ze stacji BYDG, BOR1, LODZ, LAMA, BOGI oddalonych od punktu od 52 do 185 kilometrów. Dla wyznaczenia "5" wygenerowałem dodatkowo obserwacje pięcio- i trzygodzinną. Nie trzeba chyba dodawać, że w oparciu o wygenerowane VRS wyrównałem za każdym razem punkt badany. Efekty przedstawiam poniżej, zaznaczając że część wyników wyrównania w oparciu o VRS EUREF (dla 1h) występuje również w tabeli wyżej.

Wygenerowane dane VRS przekonwertowałem do formatu RINEX, a następnie obliczyłem samodzielnie i jednocześnie przesłałem do serwisu POZGEO do automatycznego obliczenia. Dane obserwacyjne z VRS wyrównałem do sześciu stacji fizycznych BYDG, GRUD, TORU, WLOC, SIPC i ILAW, dokładnie tych, które wybiera serwis POZGEO do obliczeń obserwacji zawierających dane L1/L2. Nie muszę dodawać, że w obliczeniach własnych wykorzystywane były wyłącznie obserwacje L1.

Poniżej obliczone współrzędne: samodzielnie (G 6FP)i w automacie POZGEO (A 6FP)

[Rozmiar: 104923 bajtów]

Już na pierwszy rzut oka widać, że współrzędne są bardzo spójne, jeszcze lepiej widać to na ilustracji poniżej - wyniki tylko dla obliczenia VRS siedmiogodzinnych.

[Rozmiar: 19504 bajtów]

Z powyższego zestawienia widać, że pliki obserwacyjne wirtualnych stacji referencyjnych są przez program GNSS Sol. generowane równie dokładnie, jak te w POZGEO D mimo, że program dysponuje gorszymi danymi wejściowymi - duże odległości do fizycznych stacji referencyjnych i 30- sto sekundowy interwał obserwacji. Właśnie te dane, stanowiące podstawę generowania pliku obserwacyjnego stacji wirtualnej powodują, że czasami dochodzi do sytuacji takiej, jaka ma miejsce w wyznaczeniach "0" i"5"

Największym zaskoczeniem jednak było to, że automat POZGEO w tym wypadku zachował się znakomicie, nie można tu mówić o przypadku. Dane są spójne, dokładne, zadeklarowana dokładność potwierdza się przy kontroli. Z tych danych można by wysnuć wniosek, że do prawidłowego obliczenia nie jest ważna dla serwisu przesłana ilość epok pomiarowych, chodzi tu bardziej o rozciągnięcie pomiaru w czasie dla porównania różnych konstelacji satelitów. Dla każdego z punktów przesłałem do serwisu tylko 840 epok pomiarowych L1/L2, ale rozłożonych w czasie siedmiu godzin. Wyznaczenie idealne. Poprzednie pliki stacji wirtualnych wygenerowanych w POZGEO D zawierały 3600 epok pomiarowych, jeżeli zostały nawet rozrzedzone, załóżmy 1800, w ostateczności przy interwale 5s - 720 epok. Ale trwały tylko godzinę. Efekt widać kilka ilustracji wyżej. Mam wrażenie, że mamy do czynienia z armatą. Armatą nowoczesną, dobrze zaprojektowaną i wykonaną, precyzyjną, ale jednak armatą, kiedy z założenia miała to być wiatrówka Trudno z armaty trafić do czterdziestominutowego wróbelka.

CZASAMI LEPIEJ NIE WIEDZIEĆ

Niestety moje przypuszczenia się sprawdziły. Wygenerowałem w POZGEO D pięć plików obserwacji wirtualnych na punkcie o tych samych współrzędnych (punkt referencyjny), o długościach sesji kolejno 1, 2 , 3 , 6 i 12 godzin, dobierając interwał obserwacji tak, aby w każdym pliku znalazła się taka sama ilość epok pomiarowych, oscylująca w granicach 720 epok, czyli minimum wymaganego przez POZGEO do automatycznego obliczenia punktu. Dla pewności otrzymane pliki obliczyłem, jak zwykle, programem GNSS Solutions w oparciu o stałe sześć stacji fizycznych. Program w w samodzielnych obliczeniach wykorzystał wyłącznie dane L1, serwis POZGEO liczył w oparciu o pełne dane L1/L2 zawarte w przesłanych plikach. Poniżej zestawienie tabelaryczne i graficzne przedstawienie wyników obydwu obliczeń.

[Rozmiar: 83113 bajtów] [Rozmiar: 19152 bajtów]

Zacytuję teraz prof. Janusza Śledzińskiego z artykułu Technologie pomiarów GPS zamieszczonego na GEOFORUM: "Długość sesji obserwacyjnej zależy głównie od wymaganej dokładności, przeznaczenia sieci i odległości między punktami. Doświadczenia pokazują, że wynosi ona: 30-90 minut dla sieci lokalnych, 1-2 dni dla punktów odniesienia sieci krajowych i geodynamicznych o charakterze lokalnym i państwowym, 4-6 dni dla sieci kontynentalnych i podstawowych sieci geodynamicznych regionalnych. Na przykład do pomiaru sieci geodezyjnej lokalnego znaczenia o bokach do 15-20 km wystarczą obserwacje trwające około 1 godziny,..."

Pan Profesor nie miał zapewne (na szczęście) do czynienia z serwisem POZGEO, bo tu, aby otrzymać zadowalające rezultaty dla punktów zakładanych z zasady jako osnowa pomiarowa, trzeba byłoby sterczeć na punkcie co najmniej dwie godziny. Serwis POZGEO, który z założenia miał służyć geodetom w ich codziennej pracy, gwarantować jednolitość i pewność obliczeń pomiarów statycznych na obszarze całego kraju, został zaprojektowany tak, że swoje zalety (dokładne działanie) pokazuje dopiero dla sesji trwających dwie godziny i powyżej, i to niezależnie od ilości epok pomiarowych. Chciałbym wiedzieć, jaki procent przesyłanych do POZGEO rzeczywistych sesji pomiarowych stanowią te trwające powyżej dwóch godzin. Stawiam na 5% i to łącznie z tymi przesłanymi przez wariatów takich jak ja, którzy starają się zrozumieć dlaczego...



Z ostatniej chwili (2011-11-02)

Nowa wersja oprogramowania serwisu POZGEO

Uprzejmie informujemy , że w dniu 7 listopada 2011 r. (poniedziałek) o godz. 10:00 nastąpi uruchomienie nowej wersji oprogramowania APPS działającego na potrzeby serwisu POZGEO. Oprogramowanie Automatic Postprocessing Software for Trimble Application w wersji 2.07 zostało przystosowane do współpracy z modelami jonosfery udostępnianymi przez międzynarodową służbę IGS (International GNSS Service) na stronie internetowej http://igscb.jpl.nasa.gov/). Zastosowanie tych modeli ma na celu poprawę obliczeń przeprowadzanych z wykorzystaniem obserwacji wykonanych odbiornikami jednoczęstotliwościowymi (GPS L1), na które jonosfera ma znaczący wpływ. Uwzględnienie modeli powinno poprawić także, choć w mniejszym stopniu, wyniki opracowania obserwacji wykonanych odbiornikami dwuczęstotliwościowymi (GPS L1/L2). Informacja o nazwie wykorzystanego modelu jonosfery będzie uwidoczniona w raporcie z obliczeń. W raporcie pojawi się także informacja odnośnie wykorzystanych epok i wynikającym stąd efektywnym czasie pomiaru, co pozwoli na bardziej wiarygodną ocenę jakości danych obserwacyjnych. Informujemy, że do oprogramowania zostało wprowadzone ograniczenie uniemożliwiające policzenie plików obserwacyjnych starszych niż 120 dni. Z chwilą wdrożenia oprogramowania przedmiotowe ograniczenie będzie obowiązywało dla plików wykonanych przed 5 lipca 2011 r. Powodem wprowadzenia tego ograniczenia było wydłużanie się kolejki plików oczekujących na obliczenie spowodowane między innymi dłuższym czasem wyszukiwania niezbędnych danych dla plików zawierających starsze obserwacje..

Źródło: ASG EUPOS

Coś po cichu mówi mi, że nie stracę mojego hobby. Mając tyle materiału do porównania i obserwacje wykonane po 5 lipca, pewnie będę chciał nowe oprogramowanie sprawdzić. I życzę sobie i wszystkim, żeby działało co najmniej tak, jak GNSS Solutions. Czekam z niecierpliwością.

WYNIKI POROWNANIA W ZAKŁADCE POZGEO 2.03 -> 2.07

WYZNACZEŃ CIĄG DALSZY

WYZNACZENIE "6" 05.11.2011 9.45-10.45

Wyniki ostateczne, udało się w końcu obliczyć w serwisie POZGEO z poprawkami jonosferycznymi, choć niewiele to pomogło. Wyznaczenie metodą statyczną, jak dotychczas, z najmniejszą dokładnością.

[Rozmiar: 26217 bajtów] [Rozmiar: 120113 bajtów] [Rozmiar: 27510 bajtów]

WYZNACZENIE "7" 25.11.2011 15.32-16.32

Jeżeli ktoś z czytających zastanawia się, czy jestem normalny, to naprawdę nie ma nad czym. Nie jestem.

Wyznaczenie "7", ósme z kolei zaskoczyło mnie ogromnie. Wysoka dokładność wyznaczenia już przy użyciu orbit Ultra Rapid i Broadcast i... POZGEO w wersji 2.07. Proszę mi wierzyć, przecierałem ze zdumienia oczy. Przyznam się po cichu, że przesłałem również pomiar 20-sto minutowy (nie ma go w zestawieniu) - odchyłka liniowa 2 centymetry! 20 minut to dla niewtajemniczonych 1200 epok pomiarowych. POZGEO zaczyna liczyć od 720, choć oficjalnie gwarantuje uzyskanie poprawnych wyników dla obserwacji 40-sto minutowych. Poniżej ostateczne wyniki obliczeń. Nie będę objaśniać, staram się dobierać kolory tak, aby nie trzeba było się zastanawiać co dopasować do czego.

[Rozmiar: 23817 bajtów] [Rozmiar: 33596 bajtów] [Rozmiar: 38239 bajtów]

WYZNACZNIE "8" 7.12.2011 15.10-16.10

Poprawki Rapid, wyznaczenie POZGEO dla obserwacji 40 - 60 minut bardzo przyzwoite, gorzej z plikiem trzydziestominutowym. Ale ogólnie przyzwoicie, dobra ocena dokładności, mowa oczywiście o POZGEO.
Na wykresie PDOP planowanego i rzeczywistego wyraźnie widać, że PDOP planowany jest obliczany dla idealnych warunków terenowych. Tu na początku pomiaru część satelitów od wschodu do północy była zasłonięta przez morenę boczną pradoliny Drwęcy.

[Rozmiar: 25037 bajtów] [Rozmiar: 129525 bajtów] [Rozmiar: 29199 bajtów]

WYZNACZENIE "9" OSTATNIE 12.12.2011 17.53-18.53

To naprawdę nie moja wina, że grudzień mieliśmy październikowy. Ciekawostką w tym wyznaczeniu jest punkt 50 obliczony statycznie, który odbiega dokładnością od reszty obliczonej w ten sposób i od obliczeń innymi metodami, nawet POZGEO DLA TEGO PUNKTU osiągnęło o wiele lepszy efekt. [Rozmiar: 22646 bajtów] [Rozmiar: 123757 bajtów] [Rozmiar: 25778 bajtów]

PODSUMOWANIE

Kilka liczb i obrazek. Obliczenia dla plików godzinnych w oparciu o precyzyjne orbity, poprawki czasu i model jonosfery. POZGEO w wersji 2.07. [Rozmiar: 117201 bajtów] [Rozmiar: 65186 bajtów]

Jak widać założone na początku projektu współrzędne praktycznie się nie zmieniły. Z całego eksperymentu można wyciągnąć kilka ciekawych wniosków, których nie ma w opisie, podzielę je na bloki tematyczne, aby jakość uporządkować temat.

DOKŁADNOŚĆ

Bez wątpienia pomiary odbiornikiem jednoczęstotliwościowym są dokładne. Patrząc na rysunek powyżej zadaję sobie czasami pytanie, czy mój sprzęt i umiejętności pozwalają na tak dokładne scentrowanie anteny nad punktem i czy różnice nie wynikają z centrowania właśnie? To właściwie nieważne, wszystko to składa się na tę dokładność, a ta jest, powiedzmy szczerze, imponująca. W obecnym stanie prawnym każda z obserwacji godzinnych, nawet te policzone w automacie POZGEO, kwalifikują punkty pod względem dokładności do osnowy szczegółowej i to II klasy. Oczywiście, jeżeli uznamy, że stacje referencyjne są punktami osnowy podstawowej (bazowej, zgodnie z projektem rozporządzenia).
Pryz okazji tych eksperymentów zacząłem się zastanawiać nad dokładnościami. Osnowa w Polsce, jak na razie, podzielona jest na klasy, a dokładność położenia punktów określa się względem najbliższego punktu osnowy klasy wyższej, 5 centymetrów dla "dwójki" względem osnowy podstawowej, dalej 10 centymetrów dla "trojki" względem najbliższego punktu osnowy klasy wyższej, w praktyce względem "dwójki" i w końcu następne 10 centymetrów dla osnowy pomiarowej względem osnowy III klasy. Punkty obliczone programem GNSS Solutions mają dokładność określoną względem fizycznych stacji referencyjnych, czyli osnowy podstawowej. Nawet jeżeli liczymy w oparciu o wirtualne stacje referencyjne, to przenoszą one w praktyce dokładność fizycznych stacji referencyjnych w pobliże mierzonego punktu, a błędy w tym przeniesieniu są zaniedbywalne dla celów naszych rozważań.
Czytając ostatnio pytania i odpowiedzi egzaminacyjne na 1 zakres uprawnień zawodowych natknąłem się na na proste wyjaśnienie i obliczenie z zastosowaniem prawa przenoszenia sią błędów Gaussa. W dużym uproszczeniu przyjęto tam, że maksymalny szacowany błąd punktu osnowy pomiarowej względem punktu osnowy podstawowej będzie pierwiastkiem z sumy kwadratów maksymalnych dopuszczalnych błędów pośrednich. Przedstawiając to wzorem mamy:

max mp = sqrt(sqr mp1 + sqr mp2 + sqr mp3)

gdzie mp1=0,05m, mp2=0,10m i mp3=0,10m i są to kolejno dopuszczalne błędy punktów osnowy względem punktów klasy wyższej. Po podstawieniu do wzoru wychodzi, że nasz punkt obliczony, dla którego deklarowany średni błąd położenia poziomego nie przekracza 0,15 metra, jest jeszcze punktem osnowy pomiarowej. Jest to niewątpliwie duże uproszczenie, ale daje nam pogląd na to, gdzie jesteśmy, gdy otrzymujemy, w samodzielnych obliczeniach, punkt z deklarowanym błędem średnim 5 centymetrów. Idąc dalej tym sposobem rozumowania dla punktu sytuacyjnego pierwszej grupy dokładności błąd ten wynosi 0,18 m. Jest to ważne dla tych, którzy chcieliby dokonać analizy dokładności wyznaczenia punktu przy metodzie kinematycznej lub półkinematycznej(Stop&Go).
W serwisie POZGEO przyjęto graniczny błąd dokładności punktu wynoszący 0,20m, serwis oczywiście policzy, jednak z adnotacją, że punktu nie obliczono (w zestawieniu raportów), a w samym raporcie otrzymujemy informację o zbyt dużym błędzie wyznaczenia pozycji. Cieszmy się więc naszymi milimetrami i pojedynczymi centymetrami z obliczeń GNSS Solutions, bo wielu z nas, jeszcze dziesięć lat temu, nie było w stanie otrzymać takich dokładności, choćby nie wiem jak się starali, nie wspominając o posiadaniu odpowiedniego sprzętu.

OBLICZENIA GNSS Solutions

Wykonując, na potrzeby projektu, tym programem dziesiątki obliczeń zauważyłem jedną ważną rzecz - program inaczej liczy, kiedy obliczeniom poddajemy jeden plik obserwacyjny, a inaczej, kiedy do projektu włączamy kilka obserwacji i obliczamy je jednocześnie. I nie chodzi tu o otrzymane współrzędne, bo te różnią się maksymalnie kilka milimetrów. Różna jest dokładność wyznaczenia. Obserwacja godzinna otrzymuje inny deklarowany średni błąd położenia punktu, mały, rzędu milimetrów, gdy liczona jest pojedynczo, większy gdy liczona jest z innymi obserwacjami trwającymi znacznie krócej. Wynika to z faktu, że program kilka punktów obliczanych w projekcie traktuje jako sieć, uśredniając jednocześnie deklarowane błędy średnie położenia punktów. Kiedy liczymy kilka punktów pomierzonych jednego dnia, chociażby techniką szybką statyczną, warto zamówić odpowiednio długi plik VRS, aby wszystkie punkty obliczyć i wyrównać w jednym projekcie. Otrzymujemy w ten sposób bardzo spójną sieć w pełnym tego słowa znaczeniu. I proszę mi wierzyć, nie snuję tutaj rozważań teoretycznych. Kontrola tak założonej osnowy tachimetrem elektronicznym (osobiście posiadam Wilda TC1000 - 3", 3mm+2ppm) daje wysoką dokładność zarówno kątową jak i liniową. Dokładność ta jest tak duża, że wiem co myśli kontrolujący operat w ośrodku :)


Odwiedź stronę Pajączka
last minuteLicznik wizyt na stronę