Ga door naar hoofdcontent
ArtikelenGrensreconstructie met gebruik van het Europese satellietnavigatiesysteem Galileo

Grensreconstructie met gebruik van het Europese satellietnavigatiesysteem Galileo

Zaterdag 1 augustus 2020Afbeelding Grensreconstructie met gebruik van het Europese satellietnavigatiesysteem Galileo

Is het al mogelijk een precieze plaatsbepaling te doen met alleen Galileo als zelfstandig GNSS-systeem? Om deze vraag te beantwoorden is van december 2016 tot juli 2019 een monitoringexperiment uitgevoerd door het Kadaster en GEOpinie. Nadat de beschikbaarheid voldoende was aangetoond is de eerste grensreconstructie (opzoeken, uitzetten en aanwijzen van bestaande, kadastrale grenzen) met gebruik van alleen Galileo uitgevoerd voor het perceel van het Galileo Reference Centre in Noordwijk.

Het satellietnavigatie systeem Galileo is het door Europa ontwikkelde en beheerde Global Navigation Satellite System (GNSS). Op 15 december 2016 is Galileo operationeel verklaard en zijn de initiële open services aangekondigd. De diensten van deze open services en de verwachte beschikbaarheid en nauwkeurigheid worden beschreven in een zogenaamd Service Definition Document. Vanwege het aantal beschikbare satellieten (11) in december 2016 was plaatsbepaling nog geen standalone-dienst binnen deze services.

Anticiperend op het gebruik van Galileo heeft het Kadaster, vanuit de rollen als beheerder van het Actief GNSS Referentie Systeem voor Nederland (AGRS.NL) en die van gebruiker/leverancier van precieze GNSS-diensten met NETPOS™, zijn netwerk van GNSS-stations geüpgraded met hardware die Galileo-satellieten kan waarnemen en de landmeters uitgerust met Galileo-ready hardware. Met behulp van de gegevens van het geüpgradede netwerk van GNSS-stations, hebben we de mogelijkheid onderzocht om Galileo te gebruiken als een standalone-systeem, dus zonder de ondersteuning van de andere GNSS-systemen GPS, GLONASS en BeiDou, voor real-time kinematische (RTK) metingen.

Figuur 1 – Aantal beschikbare Galileosatellieten (boven) en sessieresultaten tussen 15/12/2016 en 30/6/2019 (onder). De horizontale as geeft de tijdsperiode van het experiment aan. De verticale as geeft het moment in de herhalingsperiode van de satellietgeometrie, bij gelijke hoogte op de verticale as is er een gelijke satellietgeometrie. Groen: Correcte fix. Rood: Onjuiste fix. Wit geen fix mogelijk. Grijs: geen stations data beschikbaar.

Monitoringsexperiment

Voor het monitoren van de beschikbaarheid van Galileo RTK is gebruik gemaakt van de data van de GNSS-referentiestations van het Kadaster in Apeldoorn in de periode 15 december 2016 tot en met 30 juni 2019. Deze stations (APEL00NLD en ADR200NLD) liggen ongeveer 3,5 km van elkaar. Voor de dataverwerking is gebruik gemaakt van de open-source softwarebibliotheek RTKLIB die de mogelijkheid biedt gebruik te maken van alleen Galileo. De data is verwerkt in sessies van een kwartier, dat wil zeggen dat iedere sessie van een kwartier onafhankelijk is verwerkt van andere sessies. De data is dus niet dubbel gebruikt. Van iedere sessie werd de volgende informatie opgeslagen in een database:

  • Aantal epochen met Galileo waarnemingen;
  • Aantal beschikbare Galileo satellieten per GNSS-referentiestation;
  • Aantal seconden met een ‘FIX’-positie;
  • Gemiddeld aantal satelliet gebruikt voor de ‘FIX’ positie;
  • Gemiddelde, standaard afwijking en mediaan van de 3D positie afwijking van de ‘FIX’ posities.

Het bepalen of er een ‘FIX’-positie, een positie met centimeter nauwkeurigheid, beschikbaar is, gebeurt door het RTKLIB algoritme. Als de fasemeerduidigheden onjuist zijn opgelost, geeft het algoritme ten onrechte de indicatie ‘FIX’. Om te bepalen of er daadwerkelijk een positie beschikbaar was werd achteraf op basis van de informatie in de database vastgesteld of er werkelijk een ‘FIX’ positie beschikbaar was en of deze positie juist was. Er is onderscheid gemaakt tussen drie typen resultaat, deze zijn opgesomd in tabel 1.

In figuur 1 is het resultaat van iedere sessie zichtbaar gedurende de periode van het experiment en weergegeven op basis van de zich iedere tien siderische (een in de sterrenkunde gebruikte, meer exacte definitie van een dag, red.) dagen herhalende satellietgeometrie. Het resultaat laat zien dat er een relatie is tussen de toename van de beschikbaarheid en de toename van het aantal beschikbare totaal aantal Galileo-satellieten. Eveneens zichtbaar is de herhaalbaarheid van de beschikbaarheid bij gelijke satellietgeometrie. De herhaalbaarheid van oplossingen bij een gelijke satellietgeometrie laat de stabiliteit van het Galileo-systeem zien. Vanaf maart 2019 is RTK met alleen Galileo vrijwel altijd mogelijk.

Grensreconstructie bij het Galileo Reference Centre

Het Galileo Reference Centre (GRC) in Noordwijk is onderdeel van het Europees agentschap voor satellietnavigatie (GSA, European GNSS Agency). Vanuit het GRC wordt, onafhankelijk van het Galileo- systeem, de kwaliteit van de Galileo-diensten bewaakt. Het GRC gebruikt hiervoor data van een onafhankelijk netwerk van GNSS-stations, en data en producten van samenwerkingsverbanden van organisaties binnen de Europese lidstaten. De perceelgrens van het GRC is symbolisch gekozen voor de eerste grensreconstructie met alleen gebruik van Galileo voor de precieze plaatsbepaling. Voor het plannen van de meting werd gebruik gemaakt van de informatie uit het monitoring experiment. Op basis van de analyse van het experiment werd een tijdstip gepland waarop een gunstige satellietgeometrie om langdurig een correcte positie te verkrijgen beschikbaar was. De grensreconstructie werd door het Kadaster uitgevoerd volgens de voorgeschreven procedures en met behulp van standaard landmeetkundige GNSS-apparatuur, én met alleen Galileo-satellieten. Op 7 oktober iets na 11 uur lokale tijd, werd de meting uitgevoerd met succesvolle fix en gebruik van alleen Galileo.

Tabel 1 – Criterium voor classificatie van het resultaat van een RTKLIB sessie.

Nadat de grensreconstructie was voltooid werd een controlemeting gedaan, met het NETPOS™ systeem. Hierbij werd geen gebruik gemaakt van Galileo, maar van het Amerikaanse GPS en Russische GLONASS. Figuur 2 laat de verschillen zien op de controlepunten.

De horizontale verschillen op de controlepunten zijn op centimeterniveau. Dit verschil voldoet aan de verwachting bij een meetprecisie van ongeveer 1 cm én idealisatieprecisie van ongeveer 1 cm van de meetpunten.

Figuur 2 – Kaart (bron: www.opentopo.nl en basisregistratie Kadaster) waarop de Kadastrale grens (zwarte lijn), reconstructiepunten (blauw) en 2D-verschillen tussen de meting met alleen Galileo en NETPOS™. Het gebouw met nummer 53 is het Galileo Reference Centre.

Samenvatting

Dit artikel laat zien dat de beschikbaarheid van precieze plaatsbepaling met alleen Galileo is toegenomen tijdens de opbouw van het Galileo-systeem. Zoals verwacht is de beschikbaarheid van precieze plaatsbepaling gecorreleerd met het aantal beschikbare satellieten en de satellietgeometrie. De beschikbaarheid en betrouwbaarheid van precieze plaatsbepaling met alleen Galileo zal toenemen totdat de volledige satellietconstellatie van het systeem operationeel is.

De herhaalbaarheid van de beschikbaarheid bij een gelijke satellietgeometrie toont de stabiliteit van het Galileo-systeem aan en maakt het mogelijk metingen vooruit te plannen. Dit is aangetoond door een grensreconstructie van de perceelsgrens van het Galileo Reference Centre in Noordwijk met gebruik van alleen Galileo op 7 oktober 2019.

Lennard Huisman ,
Kees Hoentjen ,
Armando Vet ,
Peter Buis