Durch Postprocessing genauere Koordinaten im Wald

[Thomas Enzner]

Hallo zusammen,
in regelmäßigen zeitlichen Abständen von ca. 10 Jahren werden im Wald in einem Stichprobenverfahren Daten erfasst. Dazu werden zentimetergenau immer die gleichen, mit GPS eingemessenen, Stellen aufgesucht. Bedingt durch die Abschirmung von Bäumen, Regen, Steilhängen, Schnee auf den Bäumen etc. beträgt die Ungenauigkeit aktuell +-20m. Um die exakte Position zu ermitteln wird anschließend mit einem Metalldetektor ein vergrabener Magnet gesucht.
Meine Überlegung: Man könnte bei der Erfassung im Wald zusätzlich auch die Daten der einzelnen Satelliten erfassen. Durch das anschließende Postprocessing könnten die Fehler resultierend aus Ungenauigkeit der Satellitenlaufbahn, Ionosphäre und Uhrzeit beseitigt werden. Leistungsfähigere GPS Empfänger in 10 Jahren vorausgesetzt, müsste sich dann, auf Grund des heute durchgeführten Postprocessing, die Abweichung beim Aufsuchen der Punkte im Wald von 20m auf 10 oder 15m verringern.
Hat jemand damit Erfahrung? Liege ich mit der Einschätzung richtig?
Eine Korrektur mittels Egnos scheidet aufgrund der Abschirmung durch Bäume regelmäßig aus.
Einer Korrektur via GSM, UMTS steht die zu geringe Netzabdeckung im Weg.
Eine Korrektur über BEACON würde bedeuten, dass weitere Hardware, der Mittelwellenempfänger, zusätzlich mitgenommen werden muss.

Viele Grüße

Thomas

[Roland]

Hallo Thomas,

irgendwie ist z.Z. Sand im Getriebe.
Damit es überhaupt voran geht, zwei Hinweise.
Einer von mir
Wanninger: Potential von Navigationsempfängern

Der zweite eine Etage tiefer
http://www.kowoma.de/gpsforum/viewtopic.php?f=4&t=2198

Du könntest sagen, welchen Empfänger ihr momentan benutzt.

So, jetzt kann ich beruhigt schlafen gehen und morgen sehen wir weiter ...
Roland

[ssquare_de]

Hallo Thomas,


oh, wie gerne ich in meine gläserne Murmel sehe, um cm-genaue Vorhersagen zu treffen...

Im Ernst, was kann HEUTE gemacht werden:
Einen hochempfindlichen Empfänger auswählen,
der unbedingt die Verwendung einer externen Antenne erlaubt,
diese Antenne beim EInsatz in gut 2m über dem Boden positionieren,
eventuell die Antenne auf einer selbstgehäkelten Groundplane montieren,
mit einem "Mission Planning Tool" die Zeiten optimaler Satkonstellationen im Einsatzgebiet am Einsatztag ermitteln,

Meine Empfehlungen :

Empfänger:
einer von den neuen ublox6-Evalu-Kits:
http://www.u-blox.com/en/evaluation-too ... vk-6t.html ( der erlaubt im Gegensatz zum Folgendem ein späteres Postprozessing )
oder http://www.u-blox.com/en/evaluation-too ... vk-6h.html

Antenne, Groundplane:
Trimble Bullet III, eventuell auf einer Blechscheibe mit rund 10cm Durchmesser montiert
http://www.trimble.com/timing/bullet-gp ... D=ordering

Mission Planning Tool:
http://www.trimble.com/planningsoftware_ts.asp

Fürs Postprozessing
Open Source: http://www.rtklib.com/
Kommerzielle Software: http://www.onpoz.com//Products/EZSurv.aspx


Und dann natürlich noch etwas Zeit, um Erfahrung zu sammeln, mit welchen EInstellungen wo die optimalen Ergebnisse zu erzielen sind.
Dass du mit der Ausrüstung sehr gut aufgestellt bist, steht ausser Zweifel, wie genau es dann in deinem Fall endgültig wird, ist sehr schwer zu prognostizieren.

Wenn du es hinbekommst, fürs Postprozessing die im Gegensatz zu den "Code"-Daten empfindlichen "Phase"-oder auch "Träger"-Daten von >5-6 Sats einigermassen ungestört aufzuzeichnen, bist du im niedrigen Dezimeter- bis Zentimeterbereich.

Mit der erwähnten Ausrüstung solltest du auch ohne Postprozessing, also autonom und in Echtzeit auf eine Genauigkeit von regelmässig besser als 10 Meter kommen.
(Natürlich nicht direkt neben einer nassen Felswand, die die freie Sicht auf die Sats um die Hälfte einschränkt und den sichtbaren Sats MultiPath satt mit auf den Weg gibt!)

Mit RTKLIB kann man eine Korrektur durch EGNOS-Signale auch daheim und später per Postprozessing vornehmen.
Du kannst aber auch an empfangstechnisch guter Stelle deine eigene Referenzstation betreiben. ( Sinnvoller Weise im Umkreis <10km von deinem Rover-Empfänger)
oder auch die eigene Referenzstation bleiben lassen, und auf Dienstleister wie SAPOS u.ä. zurückgreifen.



Stefan

[Thomas Enzner]

Hallo Stefan,
danke für deine Hinweise.
Wir arbeiten mit GEO XT Serie 2005 + externer Hurricane Antenne auf Lotstab, als GIS-Software verwenden wir Arc Pad V7.01. Davon sind 20 Einheiten von April bis Oktober im Einsatz. Bei der Erfassung der einzelnen Koordinaten wird ein Mittelwert aus 5 Messungen gebildet. Es werden mehrere Tausend Punkte pro Jahr aufgenommen, diese von Montag bis Freitag, 7:00 Uhr bis 17:00 Uhr.
Bei der Menge macht es keinen Sinn sich die besten Uhrzeiten, Satellitenpositionen... auszusuchen. Alle Gitternetzpunkte liegen im Wald, die Abschattung durch Bäume ist vorgegeben. An den Gitternetzpunkten sind Magnete vergraben. Diese müssen auf +- 5 cm gefunden werden.
Auf den Punkt gebracht gehts darum:
Wie bekomme ich von den Magneten möglichst genaue Koordinaten (momentan schätze ich die Ungenauigkeit im Schnitt auf +- 20 m), damit ich das nächste Mal, wenn ich sie suche, weniger Fläche mit dem Metalldetektor abklappern muss.
Jetzt hab ich mir gedacht, wenn neben den Koordinaten auch die Daten aus dem NMEA Protokoll erfasst werden, können durch postprocessing folgende Fehler eliminiert werden: Ungenauigkeit der Satellitenlaufbahn, unterschiedliche Zeiten der Satellitenuhren, Differenzen in der Ionosphäre. Der Fehler durch die Spiegelung der Signale an den Bäumen bleibt.

Meines Wissens erhalte ich, bedingt durch die Abschattung der Bäume keine "Phase"-Daten, oder liege ich falsch.
Wir verwenden das NMEA 0183 Protokoll. Wären die Phase Daten dort enthalten?
Viele Grüße

Thomas

[ssquare_de]

Hallo Thomas,


danke für deine ergänzenden Infos.

Fangen wir mal vom Ende an:
In den NMEA-Daten werden keine Phasenmesswerte mit ausgegeben.
Die sogenannten Rohdaten gibts normalerweise nur in den propriäteren Binärprotokollen, die entsprechende Empfänger ausgeben.

Ja, in den von dir geschilderten Einsatzgebieten ist es ziemlich schwierig, an saubere Phasen-Daten ranzukommen, die für hohe Genauigkeit per Postprozessing wichtig wären.

Wie setzt ihr den euere Gerätschaften aktuell ein?
So wie ich dich verstanden habe, geht ihr mit eueren XTs im autonomen Betrieb, also kein EGNOS, keine Korrekturdaten, kein DGPS...später im Büro auch kein Postprozessing, durch den Wald und nehmt die Positionsdaten der "Magnetstandorte" einfach in ARC-PAD auf?

Hört sich jetzt wahrscheinlich doof an:
Aber du solltest mal einen der aktuellen hochempfindlichen Empfänger aus der LowCost-Klasse (<500€) "danebenhalten".
Also die Ausrüstung, die ich oben schon erwähnt hatte.
Gut möglich, dass du damit die Genauigkeit deines XTs toppst - in den üblen Empfangssituationen, wie von dir geschildert.
Verbessert sich der Blick auf die Sats, zieht dein XT, besonders auch wegen seiner guten Antenne, mit Sicherheit wieder davon.
Hier
http://www.fs.fed.us/database/gps/mtdcrept/acc05_12.htm
eine kleine Datenbank von 2007.
Der VIASAT Sub X wird von einem ublox der Vorvorgängergeneration der oben erwähnten "befeuert".

Vielleicht könnt ihr ja auch eine aktuelle, preiswerte aber empfangsstarke GPS-Maus per Bluetooth auf eueren XTs in ArcPad als GPS-Sensor einbinden und so in einem Quervergleich schnell die Möglichkeiten u. Unterschiede austesten?
Besser 20m sollten die meisten Positionen doch schon liegen.


Stefan

P.S. Trimble GPScorrect Extension für ArcPad kennst du ja, ist wohl keine Option für euch ?!?
http://trl.trimble.com/dscgi/ds.py/Get/ ... dGuide.pdf

[Thomas Enzner]

Hallo Stefan,
ja, die Daten werden autonom erfasst, kein Beacon, Egnos, postprocessing.
Werde, wie von dir empfohlen, demnächst verschiedene Gerätschaften im autonomen Modus vergleichen. Werde dazu Vermessungspunkte der Vermessungsverwaltung aufsuchen. Von denen gibts exakte Koordinaten. Habe bisher festgestellt, dass im verfügbaren Kartenmaterial selbst auch Ungenauigkeiten sind, bei Forststraßen nicht selten 20, 30m.
Werde außerdem die Idee mit GPS correct weiterverfolgen. Über ein paar Vergleichsmessungen jeweils mit/ohne postprocessing komme ich der Sache dann näher.
Danke für die Hinweise,

Gruß
Thomas

[ssquare_de]

Thomas,


als heisser Kandidat für schnelle, aussagekräftige Vergleiche fällt mir der MobileMaper6 von Ashtech ein.
Der besitzt einen einigermassen aktuellen hochempfindlichen SirfIII-Chip und auf dem läuft auch ArcPad.
Anschluss einer externen Antenne ist auch möglich, Postprocessing ebenfalls.
Hier
http://www.ili-gis.com/index.php?option ... Itemid=263
gibts fähigen Support, vielleicht verleihen sie dir das Gerät sogar für wirklich repräsentative Vergleiche.
Denn nur am Platz, ähm, unter der Baumkrone zählts...

Hast du dir auch die Berichte vom SubX speziell in Forstanwendungen angesehen?
Hier
http://www.onpoz.com//Products/SubX.aspx
rechts unter "More Info"

Da kann man ungefähr abschätzen, was hochempfindliche L1-Empfänger im Forst leisten.

Stefan

[Roland]

Hallo,

vorab, ganz in Schwung ist mein Getriebe noch nicht, will heißen, ich müsste zum Geo XT noch ein bisschen googeln.
Die Unterschiede zwischen dem 2005er und dem 2008er sind mir nicht bekannt, beide dürften aber den Everest-Algorithmus zur Multipath-Unterdrückung haben.
Was ich rausfand, es gibt Ergebnisse, die im Wald tatsächlich mit der internen Antenne besser liegen
http://www.fs.fed.us/database/gps/mtdcr ... rigeox.pdf

Und es gibt was Deutsches in der
NÖV 3/2006 ab S. 23
Leider irgendwie schwierig zu lesen.

Postprocessing scheint ja einen Popularitätsschub zu erleben.
Nur bei mir nicht. Ich hab' mich mal mit einem Geooffice-Paket gequält, seitdem fällt Postprocessing bei mir unter
Alchemie ... wir nehmen ein Stück davon hinzu - da streichen wir etwas raus - das ganze rechnen wir bei Neumond ...

Man müsste mal schaun, wie weit die nächsten Stationen mit Rinex-Daten weg sind.

Und Ntrip ? Ein Handy hat doch jeder ?

Zwei Seitenhiebe:
Eine externe BT-Mouse ? Wenn das der Trimble-Vertreter liest, schlägt er mit dem Kopf auf die Tastatur.
Ein Vergleich mit dem Mobile Mapper 6 ? Der Vertreter schlägt zweimal mit dem Kopf auf die Tastatur.

Grüße Roland

[ssquare_de]

Hallo Roland,


wieso, die neuen Trimble-Gerätschaften können doch nun auch Bluetooth?

Im Ernst:
Klar, Echtzeitpositionierung, entweder im autonomen Modus, oder gar RTK, bieten natürlich die viel produktivere Arbeitsmethodik, besonders in Thomas Aufgabenstellung.
Aber so wie ich das lese, werten die Geo XT 2008 bei der Verwendung von Echtzeitkorrekturen "nur" Codekorrekturen aus . Das wird wohl bei der 2005er genauso sein?!?
Da wird dann aber immerhin Submetergenauigkeit erzielt.
Vielleicht kann Thomas ja am 23.September am 5.ten Freisinger GPS-Tag teilnehmen.
Ich denke, mit der Veranstaltung würde Thomas viel Zeit sparen und hätte am Ende des Tages belastbare Erfahrungen vorliegen.
http://www.ili-gis.com/index.php?option ... Itemid=271

Und vielleicht darf er ja auch seine Ausrüstung auch mitnehmen und gegentesten.
Ich vermute mal, der MobileMapperCX, den ili im Sortiment hat, solte grob vergleichbar sein mit dem Geo XT 2005 von Thomas.
Speziell bei dem Thema GNSS für Forstanwendungen geht nix über den Praxisbetrieb.

Ich kann ja eigendlich auch nicht glauben, dass Thomas bestehende Ausrüstung schon absolut überholt ist.
http://www.mapping-gis.de/files/Datenbl ... P_MGIS.pdf
Alles auf dem neuesten Stand?
http://www.trimble.com/geoxt_ts.asp?Nav ... tion-38629



Stefan

[Thomas Enzner]

Hallo Roland, hallo Stefan,
meines Wissens nach sind die Änderungen zwischen GEO XT 2005 und 2008 für unsere Zwecke nicht relevant.
Auch im 2005er wird Everest, verwendet. Die 2005er Version hat glaube ich noch einen SirfII Chip, spielt aber keine Rolle, da wir eine externe Antenne verwenden.
2 Phasenempfänger im Wald bringt keine höhere Genauigkeit, bedingt durch die Abschattung der Bäume besteht keine Empfangsmöglichkeit der zusätzlichen Informationen.
Am 23. September kann ich leider nicht nach Freising kommen.
Vor Jahren hatte ich mal ein Testgerät vom mobile mapper.
Echtzeitkorrektur mit Handy scheidet aus, da die Netzabdeckung nur bei geschätzten 70% der Fläche liegt. Bei den durchschnittlich großen Entfernungen zu den Handymasten vermute ich auch keine wesentlich erhöhte Genauigkeit.
Egnos scheidet auch aus, der Satellit steht im Süden ca. 15 Grad über Horizont. Wenn ich im Wald bin und dorthin schaue seh ich auch nur Bäume. Meines Wissens brauchts für diese Korrektur freien Himmel.
Was die Praxis bei mir sonst noch gebracht hat: interne Antennen sind vielleicht um eine Zehnerpotenz ungenauer, egal was ich verwende.
Genauigkeitsverbesserung durch Einstellung eines maximalen PDOP Werts, irgendwo zwischen 4 und 10 vielleicht, ist eher schädlich. Wenn er überschritten wird gibts keine Position, aber besser eine schlechte Position als gar keine! Ausserdem bezieht sich der Wert auch nur auf die Satellitenkonstellation, und die ist nur z.T. für die Ungenauigkeit verantwortlich.
Interessant finde ich den Hinweis auf den externen Ublox Empfänger.

Thomas

[Thomas Enzner]

Hallo,
statt den Aufwand mit dem Postprocessing zu treiben, könnte man die GPS Koordinaten vielleicht auch mit BEACON- Korrekturdaten in Echtzeit korrigieren. Und Signalempfang der Mittelwelle müsste flächig vorhanden sein, unabhängig von Bäumen etc., es wäre dann leider ein Gerät mehr, welches man rumtragen muss.
Hat vielleicht jemand Erfahrung mit dem BEACON?

Viele Grüße

Thomas

[Roland]

Hallo Thomas,

ich hab mich aus der Diskussion rausgehalten, weil ich mit Internet-Quellen alles belegen könnte, dass sowohl der MM als der GeoXT entweder so oder so mal keine oder mal schlechtere Positionen liefern. Alles offizielle Tests, na gut eine:

US Forest Comparison

Bayern hat ja grade seine Beacon-Station (noch in Probebetrieb ?)
Bad Abbach

Lass Dir da aber von einem Experten sagen, welche Antenne/Empfänger man am besten nimmt. Das Trimble-Teil kostet ja um die 1500 €, wieviel braucht ihr ? Tests zeigen, dass Positionierungen im Wald gerade mit Korrekturdaten in 30% der Fälle (ca.) schiefgehen.

Apropos Experten. Natürlich bist Du hier richtig, aber da ihr das im großern Stil macht, sollte doch der Trimble-Vertreter Ansprechpartner sein. Der hat möglicherweise rudimentäre Kenntnisse ...

Anderer Gesichtspunkt:

Warum seid ihr auf diese Magnetmarken so fixiert ?
Warum kein rot-weißer Plastikpfahl als Tagesmarke daneben, oder sonst ein Pfahl mit Plakette wie die Hydrantenschilder, kann ja grün sein, bepinselt die Bäume ringsum, oder macht eine Einmess-Skizze (wird ja ein Weg in der Nähe sein).
Oder was ist mit solchen
RFID-Nägeln
Soll man aus einigen Metern Entfernung auch anpeilen können (?)


Grüße Roland

[Thomas Enzner]

Hallo Roland,
klar kann ich jemand von Trimble oder Magellan fragen. Tu ich auch, ich krieg auch immer Antworten.
Es schadet nicht, auch jemanden unabhängigen zu fragen. Außerdem interessierts mich selber auch, wie genau ich eine Position wieder finde.
Der Sender in Bad Abbach läuft seit einiger Zeit.
Die Magnetmarken sind wichtig, weil oberflächliche Markierungen nach ein paar Monaten verschwunden sind, Müllsammler im Wald z.B. sind ein Problem. Das Zentimetergenaue Aufsuchen ist deshalb wichtig, weil von diesem Punkt aus Entfernungsmessungen zu Bäumen und Durchmessermessungen von Bäumen durchgeführt werden. Da muss wohl die Entfernung immer die gleiche sein, sonst sind die Ergebnisse im Sinne einer Zeitreihe nicht vergleichbar.

Viele Grüße

Thomas

[ssquare_de]

Hallo Thomas,


um vielleicht die Empfangsbedingungen noch etwas genauer einschätzen zu können:
wieviele Sats werden denn im Durchschnitt geblockt, d.h. wie gross ist denn die Differenz schwischen der theoretisch möglichen max.Satzahl ( laut Almanach) und den tatsächlich dann bei der Posionierung verwendeten Sats?
Kannst du bei gleicher Konfig. ( Antenne u. Antennnenkabel) eine gemittelte Empfangsstärke auf freiem Feld u. im tiefen Wald benennen?
Wenn im Wald bei den Positionierungen regelmässig >5-6 Sats verfügbar sind, solltest du einen Beacon-Empfänger ruhig mal testen.
Trimble wird da wohl ein Probeexemplar für Versuche stellen können.
Eventuell kannst du ja daneben einen autonom arbeitenden Empfänger laufen lassen, um direkte Vergleichsmöglichkeiten zu haben. ( gleiche Kronenüberdeckung, gleiche Satkonstellation...)

Wenn ich dich richtig verstanden habe, deckt sich da ganz allgemein meine Meinung mit der deinen:
In üblen Empfangslagen erst mal zusehen, dass überhaupt eine Position bestimmt werden kann!
Wenn ich mir die Empfindlichkeit der aktuellen LowCost-Consumergeräte ansehe, weiss ich eben nicht, ob da die genauere GIS-Ausrüstung mithält.
Und deine geschätzte 20-Meterabweichung finde ich für ein aktuelles Low-Cost-Gerät eben durchaus für unterbietbar, noch dazu wenn man antennenseitig ein wenig aufrüstet.

Aber da du angedeutet hast, dass auch das Kartenmaterial fehlerbehaftet sein könnte:
bitte erst die Leistungsfähigkeit der aktuellen Ausrüstung an genau eingemessenen Stellen, in vergleichbar schwierigen Empfangslagen untersuchen.
Dein Trimble-Mann rechnet dir mit seinem Pathfinder-Postprozessingpaket sicher auch die Testpunkte durch.



Stefan

[Thomas Enzner]

Hallo Stefan,
was meinst du denn mit "gemittelter Empfangsstärke", welche physikalische Einheit hat die? Satelliten dürften es regelmäßig mehr als 4, 5 sein, von denen Signale empfangen werden. Meinem Wissensstand nach werden von den GPS Empfängern grundsätzlich nur die Signale von 4 Satelliten ausgewertet, wenns mehr sind, dann die 4 stärksten Signale?
Für Vergleiche verschiedener GPS Empfänger hinsichtlich der Lagegenauigkeit von Positionen verwende ich Vermessungspunkte des Bayerischen Vermessungsamtes "Bayernviewer plus". Leider gibts im Wald keine Vermessungspunkte. Diese befinden sich alle im freien Gelände. Und da gibts kaum Unterschied zwischen low cost und high end, die Abweichungen betragen 2,3 Meter für X, Y-Wert.
Wenn ich mit den gleichen Geräten im Wald zu unterschiedlichen Tageszeiten immer wieder den gleichen Punkt einmesse, betragen die horizontalen Abweichung eben 10, 20 Meter.

Viele Grüße

Thomas