Welke vraagstukken leer je oplossen binnen GNSS en Satellietpositionering?
- Hoe wordt met satellietsignalen een positie op aarde bepaald?
- Wat zijn de verschillen tussen GPS, Galileo en andere GNSS-systemen?
- Welke factoren bepalen de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van een GNSS-meting?
- Wanneer gebruik je standalone GNSS, DGPS, RTK of netwerk-RTK?
- Hoe werken referentiestations en correctiediensten?
- Hoe herken je verstoringen door satellietgeometrie, atmosfeer, bebouwing en vegetatie?
- Hoe worden GNSS-posities gekoppeld aan RD, ETRS89 en andere coördinatenstelsels?
- Hoe ga je om met GNSS-hoogtes en de relatie tussen ellipsoïde, geoïde en NAP?
- Hoe controleer en documenteer je de kwaliteit van GNSS-metingen?
- Welke plaats heeft GNSS binnen de geodetische supply chain?
Global Navigation Satellite Systems (GNSS) vormen een belangrijk onderdeel van moderne geodetische plaatsbepaling. Met satellietsignalen kunnen posities vrijwel overal op aarde worden bepaald. De uiteindelijke nauwkeurigheid varieert echter van meters tot centimeters en is afhankelijk van de gebruikte apparatuur, meetmethode, correcties, omgeving en verwerking.
De basis van GNSS en Satellietpositionering
GNSS-ontvangers bepalen hun positie door signalen van meerdere satellieten te ontvangen. Uit de gemeten signaallooptijden en de bekende posities van de satellieten kan de positie van de ontvanger worden berekend.
Je maakt kennis met begrippen zoals:
- satellieten en satellietbanen;
- GNSS-signalen en frequenties;
- pseudo-afstanden;
- draaggolffasemetingen;
- satellietklokken en ontvangerklokken;
- navigatieberichten en baaninformatie;
- positie- en tijdsbepaling.
De nadruk ligt op het begrijpen van de principes achter de positie die uiteindelijk door een GNSS-ontvanger wordt berekend.
GPS, Galileo en andere GNSS-systemen
GNSS is een verzamelnaam voor verschillende satellietnavigatiesystemen. Je maakt kennis met de belangrijkste systemen en hun onderlinge samenhang.
- GPS van de Verenigde Staten;
- Galileo van de Europese Unie;
- GLONASS;
- BeiDou;
- het gecombineerd gebruiken van meerdere satellietconstellaties.
Bijzondere aandacht gaat uit naar Galileo en de betekenis van een Europees satellietnavigatiesysteem voor nauwkeurige plaatsbepaling en de Europese geodata-infrastructuur.
Van satellietsignaal naar positie
Voor een betrouwbare positie moet een GNSS-ontvanger voldoende satellieten waarnemen met een gunstige geometrische verdeling. Je leert hoe satellietgeometrie invloed heeft op de kwaliteit van een positie en maakt kennis met indicatoren zoals Dilution of Precision (DOP).
Je onderzoekt hoe een driedimensionale positie wordt berekend en waarom aanvullende waarnemingen nodig zijn om onder andere de klokfout van de ontvanger te bepalen.
Fouten en verstoringen bij GNSS
GNSS-signalen leggen een lange weg af van satelliet naar ontvanger en kunnen onderweg worden beïnvloed door verschillende factoren. Voor geodetische toepassingen is het belangrijk deze foutenbronnen te herkennen en waar mogelijk te beperken.
Je maakt kennis met:
- satellietbaan- en klokfouten;
- invloeden van ionosfeer en troposfeer;
- multipath door reflecterende oppervlakken;
- afscherming door gebouwen, bomen en andere objecten;
- satellietgeometrie;
- ontvanger- en antenne-eigenschappen;
- interferentie en signaalverlies.
Je leert beoordelen hoe de meetomgeving de verwachte nauwkeurigheid beïnvloedt en wanneer een andere meetmethode noodzakelijk kan zijn.
Standalone GNSS en differentiële plaatsbepaling
Een GNSS-ontvanger kan zelfstandig een positie bepalen, maar voor nauwkeurige geodetische toepassingen zijn vaak aanvullende correcties nodig. Je leert het verschil tussen autonome en differentiële plaatsbepaling.
Daarbij komen verschillende nauwkeurigheidsniveaus en toepassingsmogelijkheden aan bod, zodat je kunt beoordelen welke techniek past bij de gewenste kwaliteit van de geografische informatie.
RTK en netwerk-RTK
Real Time Kinematic (RTK) maakt gebruik van draaggolffasemetingen en correctiegegevens om in real time posities met een nauwkeurigheid tot op centimeterniveau te bepalen. Deze techniek wordt veel gebruikt binnen landmeetkunde, bouw, infrastructuur en andere geodetische toepassingen.
Je leert de principes achter:
- basisstation en rover;
- draaggolffasemetingen;
- ambiguïteiten;
- fixed en float oplossingen;
- RTK-correcties;
- netwerk-RTK;
- mobiele datacommunicatie voor correcties.
Je leert dat een RTK-status of centimeternauwkeurigheid op het scherm van een ontvanger niet automatisch betekent dat een meting zonder verdere kwaliteitscontrole kan worden gebruikt.
Referentiestations en correctiediensten
Referentiestations met nauwkeurig bekende coördinaten leveren waarnemingen waarmee GNSS-metingen kunnen worden gecorrigeerd. Netwerken van permanente GNSS-stations maken het mogelijk om correcties over grotere gebieden beschikbaar te stellen.
Je onderzoekt hoe referentiestations, netwerkcorrecties en correctiediensten functioneren en welke informatie nodig is om te bepalen binnen welk referentie- en coördinatenstelsel een GNSS-positie wordt geleverd.
GNSS en coördinatenstelsels
GNSS-metingen zijn nauw verbonden met de coördinatenstelsels en referentiekaders die in de vorige Blended Learning zijn behandeld. Een GNSS-positie moet correct worden gekoppeld aan het referentiekader waarin de satelliet- en referentiestationgegevens zijn gedefinieerd.
Je onderzoekt de relatie tussen GNSS, WGS84, ETRS89 en RD en leert waarom transformaties noodzakelijk kunnen zijn voordat een GNSS-meting samen met andere geografische gegevens kan worden gebruikt.
GNSS en hoogte
Een GNSS-ontvanger bepaalt in eerste instantie een hoogte ten opzichte van een ellipsoïde. Deze ellipsoïdische hoogte is niet hetzelfde als een fysische hoogte ten opzichte van bijvoorbeeld het Normaal Amsterdams Peil (NAP).
Je maakt kennis met de relatie tussen ellipsoïdische hoogte, geoïde en NAP en leert waarom een geoïdemodel nodig kan zijn om GNSS-hoogtes naar bruikbare hoogtes te transformeren. Dit onderwerp wordt verder verdiept binnen de Blended Learning Hoogtemeting, NAP en Geoïde.
Statische en dynamische GNSS-metingen
GNSS kan op verschillende manieren worden ingezet. Naast real-time plaatsbepaling bestaan er meetmethoden waarbij gedurende langere tijd waarnemingen worden verzameld en achteraf worden verwerkt.
Je maakt op hoofdlijnen kennis met:
- statische GNSS-metingen;
- snelle statische metingen;
- kinematische metingen;
- real-time metingen;
- post-processing.
Je leert de meetmethode afstemmen op het toepassingsdoel, de gewenste nauwkeurigheid en de omstandigheden in het terrein.
Kwaliteitscontrole van GNSS-metingen
Een professioneel uitgevoerde GNSS-meting vereist meer dan het opslaan van een coördinaat. Je leert welke informatie nodig is om de kwaliteit en herleidbaarheid van een meting te beoordelen.
Daarbij besteed je aandacht aan:
- het aantal beschikbare satellieten;
- satellietgeometrie en DOP-waarden;
- type positioneringsoplossing;
- geschatte horizontale en verticale nauwkeurigheid;
- controlemetingen en onafhankelijke controles;
- meetduur en meetomstandigheden;
- gebruikte correctiedienst en referentie;
- metadata en documentatie van de meting.
GNSS met open-source Geo-ICT
GNSS-resultaten kunnen met open-source Geo-ICT worden gecontroleerd, verwerkt en gecombineerd met andere geografische informatie. Met QGIS kunnen meetpunten worden gevisualiseerd, vergeleken met bestaande geodata en gecontroleerd op ligging en coördinatenreferentie.
Afhankelijk van het vraagstuk kunnen ook open-source technologieën zoals PROJ, GDAL en Python worden gebruikt voor coördinatentransformaties, gegevensverwerking en kwaliteitsanalyse. De technologie wordt daarbij ingezet als gereedschap om geodetische gegevens beter te begrijpen en te controleren.
GNSS binnen de geodetische supply chain
GNSS vormt vaak het begin van de geodetische supply chain. De kwaliteit van de oorspronkelijke positie werkt door in alle volgende stappen, van verwerking en transformatie tot opslag, uitwisseling en toepassing binnen Geo-ICT.
Je leert daarom niet alleen een GNSS-positie bepalen, maar ook vastleggen hoe deze positie tot stand is gekomen. Meetmethode, referentiekader, correctiedienst, nauwkeurigheid, tijdstip en kwaliteitsinformatie zijn belangrijke onderdelen van de metadata waarmee de meting later verantwoord kan worden gebruikt.
Van satellietsignaal naar betrouwbare geografische positie
In de afsluitende praktijkopdracht onderzoek je een GNSS-meetvraagstuk en doorloop je de belangrijkste stappen van satellietpositionering tot bruikbare geografische informatie.
- de gewenste nauwkeurigheid en het toepassingsdoel bepalen;
- een geschikte GNSS-meetmethode selecteren;
- de meetomgeving en mogelijke verstoringsbronnen beoordelen;
- GNSS-metingen uitvoeren of beschikbare meetgegevens analyseren;
- informatie over satellieten, correcties en meetkwaliteit beoordelen;
- het gebruikte referentie- en coördinatenstelsel controleren;
- GNSS-resultaten geografisch visualiseren en vergelijken met bestaande geodata;
- de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de resultaten beoordelen;
- de meting en kwaliteitsinformatie documenteren binnen de geodetische supply chain.
Na afloop begrijp je hoe GNSS en satellietpositionering werken en kun je verschillende GNSS-meetmethoden en nauwkeurigheidsniveaus onderscheiden. Je kunt factoren herkennen die de kwaliteit van een GNSS-meting beïnvloeden, resultaten koppelen aan de juiste coördinaten- en hoogtereferentie en de betrouwbaarheid van GNSS-posities beoordelen. Daarmee kun je GNSS verantwoord inzetten als bron van betrouwbare geografische informatie binnen de geodetische supply chain.
