Cavers Mailing List     № 12743

Re: Повышение точности GPS

Автор: A.Deshere
Дата: 21 Sep 2011

> 14.09.2011 12:28, Андрей Сем пишет:
>> Имеется ввиду вот что. Современные GPS относительно точны от 7 до 3
>> метров. Но им далеко до геодезических GPS станций, которые дают точность
>> в сантиметры, но и стоят как истребитель пятого поколения. Всем вероятно
>> приходилось также работать в горах (тень от склона), в густом лесу
>> (плотные кроны) или при отвратительной погоде. В этом случае GPS не
>> "добирает" спутников и точность падает уже до 15 - 40 метров, а иногда и
>> более, что плохо совсем.

Привет!
Я проводил специальныек тесты на точность своего ЖПС (старый Етрекс).
Методика была следующей: в течение года примерно раз в две-три недели
обходил
около 20 точек около дома, в каждой делал по 3-4 замера координат
с интервалом несколько минут, с выключением ЖПС между замерами.
Каждый замер продолжался вполоть до стабилизации величины ошибки
на какой-то небольшой цифре.

Общие выводы такие:
1) Реальная порешность горизонтальных координат в среднем 2 раза выше,
чем декларируемая прибором погрешность. Она в моем случае была примерно
такой же - первые метры - в точках с хорошим обзором, и заметно выше в лесу
и оврагах.
За точные координаты я брал среднее по всему годовому циклу замеров.

Впрочем, это не удивительно - декларируемая погрешность рассчитана
исходя из внутренней сходимости триангуляции и она очень плохо
учитывает систематические ошибки.
(Боюсь, у современных приборов разница будет не вдвое, а как бы не больше,
т.к. случайные погрешности новые алгоритмы, вероятно, устраняют точнее,
а систематические ошибки остались прежними. Ну, и про отраженный
сигнал тут уже говорилось).


2) Повторение замера через несколько минут почти ничего не дает.
Координаты скорее всего будут теми же, что и при первом измерении,
и с той же самой систематической ошибкой (которая может быть даже больше
случайной ошибки)
Для осмысленного осреднения надо выждать не менее часа, пока изменится
конфигурация спутников, а лучше - часов 6 и больше, чтобы изменилась
еще и погода, и состояние ионосферы. Тогда "систематические" погрешности из
пункта 1 станут случайными и осреднение повторных измерений приобретет
смысл.


3) Если повторные измерения проводятся с большим интервалом по времени,
так что ошибки можно считать случайными, то для повышения точности вдвое
надо провести 4 замера (стандартная формула: корень из N).
То есть, при осреднении 4 независимых имерений можно ожидать, что реальная
погрешность горизонтальных координат будет примерно соответствовать
той цифре, которую показывает ЖПС. Если надо еще вдвое точнее -
придется провести не 4, а 16 независимых измерений, и т.д.


4) Точность измерения вертикальной кординаты много хуже, чем горизонтальной.
Это особенно важно на северах, т.к. спутники там обычно видны на юге вблизи
горизонта, что резко ухудшает погрешность триангуляции по Z.
Орбиты ГЛОНАСС имеют более высокое наклонение (спутники залетают дальше
на север), поэтому чем ближе к полюсу - тем больше пользы может быть
от двухсистемных приборов. Даже несмотря на то, что ГЛОНАСС еще
не развернута полностью.


5) По-видимому, местные локальные особенности рельефа могут давать
систематическую
погрешность, неустранимую описанным способом. Например, в воронке, где виден
только небольшой сектор неба, а остальной сигал - отраженный. Детально я
этот
вопрос не разбирал, но подозреваю, что против такой погрешности даже
дифференциальный ЖПС не слишком поможет.

Более подробный отчет о моем методическом эксперименте со всеми цифрами
и деталями могу выслать в виде Word-файла. Кому интересно, пишите в личку
на @online.stack.net. (Первая часть адреса такая же, как и на этой почте).

=================================
Таким образом, мой совет:
а) Проводить повторные измерения с большим интервалом времени,
потом осреднять. При осреденении учитывать неодинаковый "вес" измерений,
скажем, по формуле: ВЕС = 1/(ДЕКЛАРИРУЕМАЯ ПОГРЕШНОСТЬ + C), где
C - константа, учитывающая систематическую погрешность каждого измерения;
ее можно взять, например, равной среднему отклонению
индивидуальных координат от среднего по всем измерениям.


Ну и присоединяюсь к предыдущим советам:

б) Точно замерить координаты ближайшего бугра с хорошим обзором
и проложить буссольный ход к дырке.

в) Использовать двухчастотный ЖПС - это в 2-4 раза снижает количество
измерений, требуемых для достижения заданной точности

===============================
А вот измерять координаты нескольких "бугров" вокруг пещеры я бы не стал.
Если конечно, речь не идет об очень сложном рельефе (см. выше пункт 5).
Весьма вероятно, что систематическая ошибка на всех сосендних буграх будет
почти одинаковой, то есть такие измерения создадут только иллюзию точности
(равно как и повторные измерения на одной точке с маленьким интервалом
между ними, или даже непрерывные измерения в течение одного-двух часов).
Если же есть возможность провести повторные измерения в разные дни и в
разное время, то хватит и одного бугра ;-)
Единственная реальная польза от "многобугорной" системы - с ее помощью
можно оценить и уменьшить погрешность нитки съемочного хода от "бугра" до
пещеры.
Но при использовании профессиональных инструментов она в любом варианте
будет не выше, чем фактическая погрешность ЖПС-координат "базы".



>
> Значит смотри, самый простой способ - применять GPS который сам умеет
> усреднять координаты засекаемой точки, такие есть среди простых
> "туристических" моделей... Если подойти к этому вопросу совсем серьёзно,
> то я видел исследование, в котором утверждалось что оптимальное время для
> усреднения - 6 часов, дальше существенного увеличения точности не
> происходит. По моим наблюдениям уже через несколько минут изменяется
> обычно только последняя цифра координаты (но 6 часов я за этим не наблюдал
> и с измеренными геодезическим приёмником координатами не сравнивал!).
>
> Перед измерением убедиться что сигнал со всех спутников которые могли бы
> быть видны с места измерений принимается, и более того используется
> приёмником. Первое время после включения приёмник может не иметь точных
> данных по расположению некоторых спутников и соответственно не
> использовать их для расчёта координат.
>
> Далее, я бы рекомендовал делать замер на более-менее открытом месте, а
> потом сделать ход по поверхности, если у самой пещеры условия приёма
> плохие (скала загораживает пол неба). Думаю что усреднение в таких
> условиях поможет не сильно - со стороны скалы спутников мы всё равно не
> поймаем, поэтому из геометрических соображений точность будет хуже.
>
> Что касается ошибок, ситуация следующая:
>
> - добавление случайного сигнала для загрубления точности (Selective
> Ability) отменили в мае 2000 года. Про него можно забыть, правда некоторые
> люди утверждают что оно коротковременно врубается на момент активации
> американских военных действий (я правда думаю что большая часть
> американских вояк бегает с гражданскими приборами и хрен они его сами себе
> вырубят).
>
> - при наличии достаточного числа спутников приёмник в режиме усреднения
> координат случайные компоненты ошибки уберёт сам, я так полагаю. В этом
> плане мерить три раза а потом усреднять вроде большого смысла нет, если
> только уменьшить ошибку от своей топосъемки поверхности.
>
> - есть источники систематической ошибки, такие как изменение задержки
> сигнала в атмосфере и неточно известные координаты спутников. Убрать такие
> ошибки усреднением по замерам нельзя, варианты борьбы такие:
>
> * задержку в атмосфере можно убрать если использовать несколько частот.
> Так делают геодезические (возможно, ибо для этого вроде как нужно знать
> секретный военный пароль американцев) приборы и военные. В новой версии
> спутников предусмотрена вторая частота для гражданских приборов, плюс
> наверное можно достичь того же эффекта используя совместно GPS и Глонасс,
> так что можно маленько подождать новых приёмников.
>
> * если у нас есть точно известная точка, то мы можем поставить один
> приёмник в ней, а со вторым гулять по поверхности не очень далеко от
> первого. Зная координаты первой точки можно по сырым данным приёмника
> установить задержку и применить её знание для более точного вычисления
> координат второго приёмника. Это называется дифференциальный GPS, и этим
> занимаются геодезисты. Плюс если это делать не сразу а через недельку, то
> в интернете вывешивают точные орбиты спутников и можно убрать ошибку
> связанную с их расположением в момент измерения. Таки вот, самый
> интересный момент состоит в том, что были специальные совты, которые умели
> собирать сырые данные по крайней мере со старых Гарминов (не знаю как с
> новыми), и совты которые могли это всё обсчитать. Я даже видел сертификат
> на совт какого-то американского университета, в котором утверждалось что
> они таким образом обеспечивают точность 20 см с бытовых приёмников. Мои
> эксперименты в этом процессе дошли до сбора сырых данных, но до обсчёта я
> не добрался - совты все самодельные и в них как всегда чёрт ногу сломит, а
> времени всегда не хватает.... Но если интересно то думаю можно ковыряться.
>
> Как заметил Андрей Остапенко, новые приборы действительно ловят отражённый
> сигнал, в отличии от старых, но насколько хорошо это для точных измерений
> я не знаю, и сильно сомневаюсь что хорошо... Что прибор где-то в ущелье
> это понятно он понять сможет, но для точных замеров я бы залез на гору -
> учесть дополнительную длину луча для отражённого сигнала он всё равно
> точно не сможет.
>
> WBR,
> Sergey.



CML archive browser created by Pavel Gulchouck