Poligon GPS w Margoninie Poligon GPS w Margoninie

GPS w lesie

Latem 2004 roku przeprowadziliśmy na poligonie geodezyjnym zlokalizowanym na terenie Nadleśnictwie Podanin test odbiorników GPS. Testowi zostały poddane odbiorniki będące wówczas na wyposażeniu nadleśnictw. Przygotowanie testu polegało na wyznaczeniu w terenie poligonu geodezyjnego w skład, którego wchodziło 15 punktów oraz gniazdo w rębni IIId. Każdy z punktów zlokalizowany był w drzewostanie w różnym stadium rozwoju oraz odmiennym składzie gatunkowym. Punkty zostały trwale wyznaczone w terenie oraz odpowiednio oznakowane. Kształt gniazda wyznaczono metodą biegunową, mierząc azymuty i odległości ze środka gniazda do drzew na jego skraju.

 

Plan sytuacyjny z lokalizacją punktów pomiarowych

 Na każdym z punktów wykonano także dokumentację fotograficzną wykonując zdjęcia w głównych kierunkach geograficznych (N, S, W, E) oraz zdjęcie w kierunku okapu drzewostanu (O).

 
 

Fragment dokumentacji fotograficznej punktu nr 4.

Poniżej zestawiono najważniejsze cechy taksacyjne drzewostanów, w których zlokalizowano punkty pomiarowe: 

Nr punktu
Skład gatunkowy drzewostanu
Wiek
[lata]
Wysokość
[m]
1
8So, 1Bk, 1Db
7
3
2
Brz
30
12
3
Św
20
12
4
8So, 2Db
80
26/24
5
6So, 4Db
80
26/24
6
9So, 1DB
120/40
27/15
7
9So, 1Db
3
-
8
So
20
15
9
4Bk, 4Lp, 1Gb,1Db
100
85
28
10
4Bk, 4Lp, 1Gb,1Db
100
85
28
11
4Bk, 4Lp, 1Gb,1Db
100
85
28
12
7So, 2Bk,1Db
100
26
13
8Bk, 2Gb
100
27
14
linia oddziałowa
  
15
linia oddziałowa
  
Testowi poddano urządzenia należące do segmentu odbiorników popularnych tj. deklarowana przez producenta dokładność odbiornika jest większa od 25m ( CEP 50 - 50% pomiarów mieści się w okręgu o promieniu 25 m ).

  Poniżej zestawiono podstawowe cechy testowanego sprzętu:

Nazwa modelu
Producent
Rodzaj odbiornika
Złącze
Wymagana współpraca
Deklarowana dokładność
EGNOS*
HAiCOM 303 MMF
HAiCOM
Moduł
CF
Paltop z CF i Pocket PC
>25 m CEP
TAK
GPSmap76
Garmin
 
-
-
b.d.
b.d.
HAiCOM CF
HAiCOM
Moduł
CF
Paltop z CF i Pocket PC
>15 CEP
TAK
Socket GPS
Socket
Moduł
Bluetooth
Paltop z Bluetooth
i Pocket PC
>25 CEP
b.d.

* EGNOS – system korekcji pomiarów. Jego źródłem jest specjalny satelita geostacjonarny. 

Rozpoczęcie testów sprzętu poprzedziło zaplanowanie misji pomiarowych w celu doboru najkorzystniejszych przedziałów czasowych, w których będą spełnione następujące założenia:

  • minimalna ilość widocznych satelitów – 6
  • parametr PDOP < 6
  • maska horyzontu 20 st.
  • minimalny przedział czasowy spełniający powyższe założenia 90 min

Planowanie misji pomiarowych wykonano za pomocą aplikacji Quick Plan 2.35 firmy Trimble.

 

W celu uzyskania możliwości porównywania wyników pomiarów założono, że pomiar poszczególnych punktów będzie wartością średnią z 30 lub 60 pomiarów (epok). Z uwagi na to, że w nie wszystkich urządzeniach możliwe było automatyczne uśrednienie wyników pomiarów, w części wykonano je „ręcznie”. Modułowe odbiorniki GPS współpracowały z palmtopami z systemem operacyjnym Pocket PC wyposażonymi w aplikację ArcPad 6.03. Wymieniona aplikacja umożliwiła automatyczne uśrednianie wyników oraz weryfikację pojedynczych pomiarów wg zadanych parametrów (liczba satelitów, parametr PDOP). 

 W sumie zebrano ok. 400 wyników pomiarów. Poddano je analizie i obliczono podstawowe charakterystyki statystyczne.

 Uśrednienie z 30 epok:

Model
Błąd śr.
Błąd min.
Błąd max.
Odch. stand.
Socket GPS
5.65
1.09
16.21
3.87
HI-302CF
6.02
0.33
22.16
4.01
GPSmap 76S
6.39
0.83
41.17
10.19
HI-303MMF
11.06
1.14
56.09
8.62

Uśrednienie z 60 epok: 

 

Model
Błąd śr.
Błąd min.
Błąd max.
Odch. stand.
HI-302CF
4.79
1.67
8.97
2.06
Socket GPS
5.09
0.34
13.33
3.00
HI-303MMF
11.51
2.80
39.22
11.09

 

Graficzny rozkład wyników pomiarów na przykładzie punktów pomiarowych 7 i 2 przedstawiają poniższe ilustracje:

 

Rozkład wyników pomiarów na punkcie nr 7

 

Rozkład wyników pomiarów na punkcie nr 2

 Przykładowe wyniki pomiaru gniazda w rębni III d przedstawiono poniżej.

 

Podsumowanie

  1. Średni błąd pomiarów zawiera się w granicach 4,79 – 11,51 m.
  2. Istnieją istotne różnice dokładności pomiaru w zależności od wykorzystywanego sprzętu. Wskazanie jednak najlepszych urządzeń wymaga bardziej wnikliwej analizy i przetestowania większej liczby modeli.
  3. Istnieje zależność pomiędzy dokładnością a miejscem pomiaru (min. wiekiem i składem gatunkowym drzewostanu). Największe dokładności uzyskuje się na powierzchniach otwartych oraz z nisko położoną linią horyzontu. Dokładność pomiaru pod okapem drzewostanu uzależniona jest od wielu czynników. Określenie ich wpływu wymaga dalszych badań.

Wskazówki praktyczne dotyczące wykonywania pomiarów
 

  1. Rozpoczęcie sesji pomiarowej musi być poprzedzone zaplanowaniem misji pomiarowej (do tego celu można wykorzystać np. Quick Plan 2.35)
  2. Pomiary pojedynczych punktów należy uśredniać z co najmniej 30 pomiarów (im więcej pojedynczych pomiarów do obliczenia średniej tym większe prawdopodobieństwo obliczenia właściwej pozycji).
  3. Pomiary obiektów liniowych i poligonowych najlepiej wykonywać jako pomiar ciągły (co określony odstęp czasu np. 2 s). Takie postępowanie umożliwia późniejszą eliminację błędów grubych oraz generalizację mierzonych obiektów.
  4. W miejscach, gdzie zależy nam na dużej dokładności pomiarów proponuję wykonanie kilku niezależnych pomiarów (np. 3 lub 5 w różnym czasie) i na tej podstawie uśrednienie wyników.

Na wszystkie pytania dotyczące bieżącej strony odpowiada Jacek Prengel