Βελτιώστε εύκολα την ακρίβεια του Gps

    Ο Offroader.gr έχει την τιμή να συνεργάζεται με τον "ειδικό" Δημήτρη Αμπατζίδη για να σας μυήσει στα μυστικά των GNSS και για αρχή σας παρουσιάζουμε μια μέθοδο για να αυξήσετε, με εύκολο τρόπο, την ακρίβεια θέσης των γνωστών σας απλών δεκτών gps (π.χ. smartphones).

Το στίγμα θέσης σε ΕΓΣΑ87 μέσω εφαρμογών GNSS χειρός
Μία δυνατότητα βελτίωσης της οριζόντιας θέσης και του υψομέτρου, με χρήση εξωτερικής πληροφορίας.

Δημήτριος Αμπατζίδης, ΑΤΜ/ΑΠΘ, dimitrios_ampatzidis@yahoo.gr

Νίκος Δεμιρτζόγλου, ΑΤΜ/ΑΠΘ, nidemsat@gmail.com

    Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί πλήθος εφαρμογών στα κινητά για την εύρεση της θέσης μέσω μετρήσεων GNSS και στη συνέχεια εκτίμηση της θέσης στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς του 1987 (ΕΓΣΑ87).  Στις περισσότρες των περιπτώσεων ο χρήστης είναι ικανοποιημένος με μία ακρίβεια της τάξης των μερικών μέτρων, που τις περισσότερες φορές επιτυγχάνεται.

    Πρακτικά, το GNSS χειρός χρησιμοποιεί δορυφορικές μετρήσεις κώδικα και υπολογίζει την θέση του δέκτη με μία ακρίβεια της τάξης των κάποιων μέτρων.  Για την επίτευξη αυτής της ακρίβειας είναι αναγκαία η εισαγωγή κάποιων διορθώσεων για την ατμόσφαιρα, τα ρολόγια, της μετρήσεις, τις τροχιές των δορυφόρων κ.ο.κ.  Η θέση αρχικά εκτιμάται σε ένα παγκόσμιο σύστημα αναφοράς, το λεγόμενο WGS84.  Για να αναχθούμε στο ΕΓΣΑ87, στις συντεταγμένες του WGS84 προσθέτουμε τρεις μεταθέσεις (η διαδικασία έχει περιγραφεί και τεκμηριωθεί πάρα πολλές φορές).  Τελικά, έχουμε τις ΕΓΣΑ87 συντεταγμένες Χ,Υ του σημείου που βρισκόμαστε με μία ακρίβεια 3 - 5 μέτρα.

    Πετυχαίνουμε πάντα αυτές τις ακρίβειες;  Κατά ένα μεγάλο ποσοστό ναι, αλλά υπάρχουν ειδικές συνθήκες που η ανωτέρω ακρίβεια μπορεί να διαταραχθεί:  Π.χ. η κακή ορατότητα δορυφόρων (κάτω από 3-4), το φαινόμενου του ηλιακού ανέμου, πολύ έντονη υγρασία, παρεμβολές κεραιών ή η κατάσταση επιλεκτικής διαθεσiμότητας (selective availability).  Η τελευταία εφαρμοζόταν παλαιότερα, με μία τεχνητή προσθήκη λάθους στον κώδικα και την σημαντική μείωση της ακρίβειας.  Δεν εφαρμόζεται στα τελευταία χρόνια, παρόλα αυτά από την στιγμή που εξαρτώμαστε από τους πάροχους των συστημάτων (GPS, GLONASS, Galileo, Beidou), είναι δυνατό να συμβεί.

    Επίσης, είναι πιθανό κάποιος χρήστης να θέλει μία καλύτερη ακρίβεια π.χ. 1 - 2 μέτρα για λόγους καλύτερης τεκμηρίωσης.

 

Τί μπορεί να κάνει κάποιος να βελτιώσει την ακρίβεια;

1. Καταρχάς, να γνωρίζει εξ αρχής την περιοχή εξόρμησης και την έκτασή της.  Π.χ. το βουνό, τα τοπωνύμια της περιοχής, το χωριό.

2. Κατα δεύτερο.  σε όλους είναι γνωστά τα βάθρα της Γεωγραφικής Υπηρεσάις Στρατού (ΓΥΣ) -κολωνάκια του Στρατού-, βλ. σχήμα 1.  Τα βρίσκουμε κυρίως σε βουνά και λόφους.

3. Για αυτά τα σημεία η ΓΥΣ, έχει υπολογίσει τις ΕΓΣΑ87 συντεταγμένες Χ,Υ με ακρίβεια εκατοστών.  Για την απόκτηση των τιμών ενός βάθρου ο ενδιαφερόμενος πρέπει να απευθυνθεί στην ΓΥΣ.  Το κόστος για ένα σημείο είναι 4.03 Ευρώ (+ ΦΠΑ), όπως αναφέρεται και στην ιστοσελίδα: http://web.gys.gr/GeoSearch/GYS/timokatalogos.html  Το κόστος δεν είναι καθόλου απαγορευτικό.  Μπορείτε να προμηθευτείτε τις συντεταγμένες από έναν Τοπογράφο Μηχανικό που δραστηριοποιείται στην περιοχή ο οποίος θα σας τις δώσει μάλλον δωρεάν.

4. Ο χρήστης μπορεί να στηθεί στο μέσο της τετράγωνης ή κυλινδρικής βάσης του βάθρου.  Ιδανικά, υπάρχει μία ορειχάλκινη πλακέτα με μία μικρή τρύπα.  Αν όχι, η αφαίρεση της (είτε για σουβενίρ είτε για λαθρεμπόριο) δημιούρησε ένα ευδιάκριτο κενό-τρύπα.  Σε αυτές τις τρύπες/κενά –ανα περίπτωση- ο χρήστης θα μετρά τις συντεταγμένες Χ,Υ του σημείου.

5. Στο κολωνάκι, θα υπάρχουν διπλές τιμές:  οι τιμές του GNSS χειρός (Χ‘, Y‘) και οι επίσημες τιμές (Χ,Υ).

6. Υπολογίζουμε τις διαφορές δΧ = X – X‘, δΥ = Y-Y‘.  Η διαφορά αυτή, εκφράζει την απόκλιση μεταξύ μετρούμενης και επίσημης τιμής.  Μπορούμε κάλλιστα να την σημειώσουμε σε ένα χαρτί ή να την αποθηκεύσουμε ψηφιακά.

7. Για κάθε σημείο που υπολογίζουμε με GNSS χειρός, προσθέτουμε την ανωτέρω τιμές δΧ και δΥ.  Δηλαδή : Χ νέο = X‘ + δΧ,  Υ νέο = Υ‘ + δΥ

8. Σε περίπτωση που γνωρίζουμε 2 ή περισσότερα κολωνάκια, μπορούμε να υπολογίσουμε τον μέσο όρο και να έχουμε καλύτερα αποτελέσματα.

 

Σχήμα 1. Τα κολωνάκια του στρατού (πηγή: https://geomythiki.blogspot.com)

 

Πρακτική Εφαρμογή

    Τον Μάιο του 2014 κάναμε πεζοπορία 10 χλμ. στο χωριό Μεσοχώρι του Νομού Δράμας (πλησίον του ποταμού Νέστου, σχήμα 2).  Είχαμε βρεί 3 τριγωνομετρικά του Στρατού πέριξ της περιοχής.  Τα δύο από αυτά χρησιμοποίηθηκαν για την βελτίωση του στίγματος και το τρίτο για την αξιολόγηση της μεθόδου.  Η διάρκεια της πεζοπορίας ήταν στις 4 ώρες συνολικά συν τα διαλείμματα.

    Υπολογίσαμε διορθώσεις τις τάξεις του 1,5 μέτρου κατά Χ και -1,9 μέτρων κατά Υ.  Το σφάλμα (με βάση το τρίτο τριγωνομετρικό) ήταν της τάξης των 1,2 μέτρου κατά Χ και 1,1 μέτρου κατά Υ.  Το αποτελέσμα κρίνεται ιδαίτερα ικανοποιητικό.

    Σημαντική παρατήρηση:  Η παραπάνω μέθοδος πρέπει να εφαρμόζεται τοπικά, μέσα σε μία περίοδο χρόνου (κάποιες ώρες).  Ο χρόνος παίζει σημαντικό ρόλο στην μοντελοποίηση των σφαλμάτων του GNSS και αλλάζει τακτικότατα εντός της ημέρας.

 

Σχήμα 2.  Η πεζοπορία στο Μεσοχώρι.  Με κόκκινο χρώμα εμφανίζεται η διαδρομή.

 

Σχετικά με το υψόμετρο

    Το υψόμετρο για τις πρακτικές εφαρμογές μετράται από την Μέση Στάθμη της Θάλασσας (ΜΣΘ).  Αντίθετα, το GNSS χρησιμοποιεί το λεγόμενο γεωμετρικό υψόμετρο.  Αναφέρεται στο ύψος του σημείο σε σχέση με ένα παγκόσμιο ελλειψοειδές.  Η διαφορά μεταξύ υψομέτρου ΜΣΘ και γεωμετρικού, καλείται υψόμετρο γεωειδούς.  Οι διαφορές μεταξύ του υψομέτρου ΜΣΘ και γεωμετρικού στην χώρα μας κυμαίνονται από μερικά μέτρα (Κρήτη) έως περίπου 45 μέτρα (Βόρεια Ελλάδα).

    Αν η εφαρμογή που χρησιμοποιούμε δίνει υψόμετρο από την ΜΣΘ, τότε κατά πάσα πιθανότητα χρησιμοποιεί ένα παγκόσμιο μοντέλο γεωειδούς και δίνει μία ικανοποιητική προσέγγιση της τάξης του 0,5 - 1 μέτρου.  Φυσικά, υπάρχουν αναπόφευκτα και τα σφάλματα του GNSS.  Τότε, σε αυτή την περίπτωση μπορούμε να ακολουθήσουμε την διαδικασία διόρθωσης που περιγράψαμε προηγουμένως.

    Προσοχή:  Το υψόμετρο γεωειδούς αλλάζει ανά τόπο.  Μία ικανοποιητική προσέγγιση σημαίνει ότι το τριγωνομετρικό δεν θα απέχει από τα ακρότατα σημεία της πεζοπορίας άνω των 20 - 25 χλμ. (προσεγγιστικά).  Στην περίπτωση του Μεσοχωρίου που εξετάσαμε παραπάνω, βρήκαμε μία διόρθωση 2,5 μέτρων και ο έλεγχος έδειξε απόκλιση -1,7 μέτρα.

    Αν η εφαρμογή δεν δίνει υψόμετρο ΜΣΘ, τότε καλό θα είναι να μην εφαρμόζεται καμία διαδικασία για έναν μη εξειδικευμένο χρήστη.