Eigene Referenzstation über Wlan, Korrektursignal in Echtzeit

[AxelRock]

Hallo allerseits,
ich weiß, ein immer wiederkehrendes Thema, wie wird meine GPS Vermessung draußen genauer?

Ich besitze seit ca. 10 Jahren eine GPS Vermessungsausrüstung "Pro Mark 2" von Ashtech. Es handelt sich um zwei Maggelan GPS mit Rundantenne und spezieller Auswerte- Software. Ein Empfänger wird als Basis an einer beliebigen Stelle im zu vermessenden Gelände aufgestellt und eingeschaltet. nach ca. 8 Minuten hat er sich aus der Empfangswolke einen genauen Standpunkt errechnet. Dann geht man mit dem zweiten Empfänger, dem Rover, los, und nimmt die Messpunkte auf.
Daheim am PC kommt man dann nach dem Übertragen beider Gerätedaten (Postprocessing) auf eine Genauigkeit von ein bis zwei cm.
Die enorme Genauigkeit ist beeindruckend, ich habe das etliche Male nachgemessen.
Der Pferdefuß an der Sache ist, das diese Genauigkeit erst in der Nachbearbeitung erreicht wird.

Ich habe Locus auf einem Handy und auf einem Nexus7. Das sehr gute GPS Modul empfängt auch Glonass. Morgens von 7-9 Uhr und abends von 19-22 Uhr hat man bis zu 15 Satelitten, die Genauigkeit ist dann bei guter Wetterlage bei ca 1,5m. Das ist schon sehr gut.
Jetzt meine Überlegung: Man könnte ein Handy als Basis hinstellen und ein zweites Gerät als Rover benutzen. Das Basisgerät sendet seine Korrekturdaten über Wlan an den Rover. So müsste eine Genauigkeit im Dezimeterbereich möglich sein.
Weis jemand ob so etwas schon gemacht wurde?
Jetzt kommt keiner mit Leica oder Trimble, das die das im cm Bereich können weis ich.

Freundliche Grüsse aus dem Hunsrück.

[berkley]

Ich hab mich mal vor einiger Zeit erfolglos mit dem Thema NTRIP beschäftigt.
http://igs.bkg.bund.de/

Vielleicht gibt's da ja was neues? Leider keine Zeit, um mich wieder in die Materie einzuarbeiten.

[SirJohn]

Das wirst du so einfach nicht hinbekommen. Voraussetzung dafür ist, dass die Berechnung des Standortes an zwei Positionen zur exakt gleichen Zeit und über exakt die selben Satelliten und selben Ionospärischen Bedingungen geschieht. Dadurch haben beide Empfänger die selbe Abweichung. Punkt 1 und 2 ist technisch möglich und Punkt 3 wird durch einen nahen Standpunkt zwischen den beiden Empfängern auch recht gut erzielt. Ich glaube kaum, dass du an die Rohdaten des Empfängers kommst. Damit dürftest du keine Chance haben. Im besten Falle bekommt du die Daten im NMEA Protokoll, was aber schon eine Auswertung der GPS Daten ist und somit wertlos ist.

[AxelRock]

@ berkley
siehe https://stratum0.org/wiki/DGPS@home
"Es gibt aber Bluetooth GPS module welche es zulassen das man Sie mit DGPS Daten füttert. Die kann mann auch mit einem eigenem Locationprovider im OS registrieren. Es gibt sogar einige Hersteller die sowas als app + Hardware anbieten. Das gute ist die sind open source und sie benutzen NTRIP. http://lefebure.com/software/android-ntripclient/"

@ Sir John
Diese Laufzeitmessung mit den hochgenauen Uhren, das ganze Verfahren nennt man wohl Pseudo Ranging, ist die Methode über eine bestimmte Mindestanzahl von empfangenen Satelitten den Standort des Empfängers zu berechnen.

Nach meinem Dafürhalten ist es jedoch mit viel weniger Aufwand verbunden, die Abweichungen eines fest stehenden Empfängers (Basis) direkt per Funk zu dem beweglichen (Rover) zu senden. Pseudo Ranging ist doch hier garnicht notwendig. Der Rover misst, z.B. jede Sekunde, die Lageabweichung zu seiner vorher ermittelten Position.
Z.B.: Rechtswert= +150cm, Hochwert= -120cm, Höhe= + 200 cm. Wobei die Höhe für eine Lagebestimmung auf einer Flurkarte bzw. um Grenzsteine zu finden nicht so wichtig ist.
Diese drei Werte sendet er an den Rover, der dann damit seine Positionsanzeige korrogiert. Das müsste doch über NMEA gehen.

[SirJohn]

Naja, wäre S/A aktiv, würde es dir wohl einen gewissen Vorteil bringen. Allerdings so kannst du eine Genauigkeitssteigerung nicht garantieren. Zum einen weißt du nicht, aus welcher der vielen  möglichen Positionsbestimmungen pro Sekunde deine Positionsberechnung stammt und zum anderen welche Satelliten in deine Positionsberechnugn eingeflossen sind. Es müssen nicht alle sichtbaren eingeflossen sein.
Wenn z.B. der eine Empfänger nur Satelliten in Ost/West Ausrichtung empfängt und verwendet, hast du eine sehr hohe Ungenauigkeit in Nord/Süd Richtung. Wenn jetzt dein mobiler Empfänger aber eine gute Verteilung der Satelliten aufweist, wird eventuell dein Ergebnis sogar schlechter, da du die großen Abweichungen in Nord/Süd Richtung deiner Basisstation mit reinrechnest und davon ausgehst, dass sie deine Position verbessern, obwohl das Gegenteil der Fall sein könnte.
Daher muss deine Berechnung zwingend die selben Satelliten und Zeitpunkt für die Positionsermittlung verwenden.
Das ist ähnlich der DOP Werte, für dessen Berechnung nicht unbedingt alle oder die selben Satelliten verwendet werden wie für die Positionsbestimmung.

Edit:
Auf jeden Fall interessiert es mich jetzt unwahrscheinlich, wie es sich wohl mit den NMEA Daten verhält. Ich mache Wochenende mal ein längeren Test mit 2 fixen Empfängern und schreibe ein Tool, um die Lageabweichungen dazwischen zu ermitteln. Damit kann man dann bestimmt ein schönes Diagramm anschließend in Excel erstellen. 

[AxelRock]

Die zwei alten Magellan meiner Ashtech- Ausrüstung sind sicher nicht besser als die heutigen GPS Module.
Es geht um Messungen in einem Bereich von wenigen hundert Metern, meist wenigen zig Metern, so wie Flurstücke halt so sind. Dabei werden immer die gleichen Satelliten empfangen, wohl nicht immer die gleiche Anzahl.
In der Nachbearbeitung am PC werden dann die gespeicherten Werte des Rovers an Hand der Lageverschiebungen der Basis verbessert.

Hat man nur 4 oder 5 Satelliten, ist die ,,Drift" manchmal zwei drei Meter oder mehr.
Morgens oder Abends bei mehr als 10 Satelliten steht der Positionsring wie eine eins. Dann hat man so schon eine Genauigkeit von ca 1m. Man kann das sehr leicht prüfen in dem man das Gerät über einen bekannten Grenzstein hält und der Positionsring genau drauf steht und drauf bleibt. Dann sieht man auch wie genau man die Flurkarte in Locus reinkalibriert hat.

Dieses Driften bei schlechteren Bedingungen ist ja kein Springen, sondern ein langsames Wandern.
Das was die Magellan gespeichert haben und der PC dann gerechnet hat, sollen die ,,Handys" direkt  funken und direkt rechnen. Das müsste doch gehen.
Wenn die Basis dem Rover die Drift mitteilt und der dann augenblicklich verbessert, das müsste doch zu einer Verbesserung bis auf 10 oder 20 cm Genauigkeit führen. Auch eine Verzögerung von einer Sekunde dürfte da nicht viel ausmachen.
Wie schon erwähnt, die alte Ashtech- Ausrüstung arbeitet im cm Bereich.

Wäre ich ein Mathe-As und könnte ich programmieren, würde ich selber was versuchen.

Ich spreche immer von Messungen und muss deshalb klarstellen: Es sind natürlich keine Messungen, erst recht keine Vermessungen. Eigentlich müsste ich das Wort "Erkundungen" gebrauchen.
Exakte Vermessungen kann nur der Vermesser machen mit der entsprechenden Ausrüstung.

[SirJohn]

So, jetzt liegen mir erste Testergebnisse vor.

So wurden die Werte ermittelt: 2 Handys mit GPS und Locus mit NMEA Aufzeichnung lagen in ca. 20m Abstand voneinander auf dem Rasen. Abschattungen oder Reflektionsmöglichkeiten gab es so gut wie keine. Aufgezeichnet wurde ca. 30 min. Dabei wurden die ersten 5 Min verworfen, um Anfangsungenauigkeiten zu minimieren.
Dann wurden aus beiden Dateien alle zeitlich gleichen Zeitpunkte gefiltert und jeweils der Mittelwert in Länge und Breite als Istposition angenommen. Somit ergibt die Summe der Abweichungen um diesen Punkt Null je Gerät. Jetzt wurde zu jedem einzelnen Zeitpunkt die Differenz der Koordinaten ermittelt und um den Werten der Mittelwerte reduziert, um das Offset zwischen den Geräten herauszurechnen.

Ergebnis: Jedes Gerät zeigte in Locus eine Genauigkeit von 3m oder weniger an. Die Abweichung zwischen den Geräten lag dabei zwischen 4 cm und 3,09m. Dabei variierte die Abweichung in Ost/West Richtung (Mittelwert 1311mm) fast doppelt so Stark wie in Nord/Süd (677 mm) Richtung. In der Strecke liegt der Durchschnitt bei 1529 mm, also die Hälfte der angezeigten Genauigkeit. Ich hatte das Verhalten irgendwie anders herum in Erinnerung. Aber das ist auch schon lange her...

Faszit: Es ist kein signifikanter Genauigkeitsgewinn erkennbar. Es gibt aber auch keinen worst case Fall von bis zu 6m. (3+3m Genauigkeit)

Ich hoffe das hat ein wenig zur Aufklärung geholfen. Auf jeden Fall fande ich es eine interessante Beobachtung.

[berkley]

Wenn du nur eine Messung hast, kannst du keine Signifikanz ermitteln.

Mögliche Fehlerquellen:
Wiederhole die Messung mehrfach.
Schließe technische Fehlerquellen aus.
Verwende baugleiche Smartphones.
Auf den Geräten muss dieselbe Android Version installiert sein.
Auf den Geräten müssen exakt die selben Apps mit den selben Einstellungen laufen.
usw etc...

Nichts gegen deine Bemühungen, aber ich traue nur Statistiken, die ich selbst gefälscht habe.

[SirJohn]

Es waren Ca. 1200 Messungen. Aber ich habe noch 2 exakt die selben GPS logger. Die können beide auch im NMEA Format loggen. Probiere ich gleich mal aus. Es sind aber ähnliche Ergebnisse zu erwarten.

[fzk]

Hier nochmals ein theoretischer Hinweis zur (erzielbaren) Genauigkeit von GPS-Geräten:

Für die Bewertung eines GPS-Devices benötigt man m.E. einen Referenzpunkt (und eine Referenzstrecke) mit definierter Genauigkeit. Dies geht eigentlich nur mit der Hardware der Vermessungstechniker (Lagegenauigkeit +-2cm, Höhengenauigkeit +- 4cm). Ich habe mir einen solchen Punkt erstellt; bin bislang aber nicht dazu gekommen, die Genauigkeit meiner Geräte dagegen zu prüfen.

Die Genauigkeit eines solchen Punktes sieht dann z.B. so aus: N51° 57,4249535′ und E7° 32,15986017′

Da man bei Consumer-Geräten die Koordinaten nur in Milliminuten (3 Nachkommastellen) erhält, erreicht man entsprechend eine maximale Genauigkeit von 1/1000 Bogenminute. Eine Bogenminute in Nord-Süd-Richtung ist (Erdumfang/360/60) = ungefähr 1850 Meter. Bei 3 Nachkommastellen ist die Genauigkeit 1.85 Meter. In Ost-West-Richtung das ganze mal cos(Breitengrad), in unserer Gegend sind das 1.2 Meter Genauigkeit. D.h. es ergibt sich "grob vereinfacht" ein Genauigkeitsrechteck von 1.85 x 1.2 m.

Gruß Klaus

[SirJohn]

Das NMEA Protokoll bietet aber mehr Nachkommastellen, was theoretisch eine höhere Auflösung zulässt. Die Minute hat dort noch 6 Nachkommastellen. Da die Punkte aber nur berechnet sind, brauchen wir garnicht erst anfangen von dessen Genauigkeit zu reden.
Mein nächster Test über 2 h ist gerade abgeschlossen. Dieses mal mit 2 GPS Logger und einem Handy.
Das interessante an der Sache ist, die vorherigen Ergebnisse bestätigen sich voll. Egal ob ich die beiden baugleichen GPS Logger miteinander vergleiche oder das handy mit einem Logger. Ich komme immer zum selben Ergebnis. Es bringt einfach nichts. Es zeigt sich die ganze Zeit das selbe Verhalten.
Wie ganz am Anfang schon erklärt, diese Problematik lässt es einfach mit einem herkömmlichen Empfänger ohne dessen Rohdaten auszuwerten nicht zu. Da könnt ihr einem Vermessungsingenieur schon vertrauen ;-)

[AxelRock]

Das klingt ja ernüchternd. Dann müssten ja die alten Magellan- Empfänger der ProMark2 Anlage diese Rohdaten empfangen können. In der technischen Beschreibung steht:

Satellitentracking
• 12 unabhängige GPS- und
WAAS/EGNOS - Kanäle
• L1 C/A Code und Träger

Meine Vermutung war das die heutigen GPS Empfänger eher besser sind.

[SirJohn]

verstehe das nicht falsch. Die neuen Empfänger sind auch besser. Sie können in der Regel viel besser das Signal vom Rauschen trennen und haben immer weniger Probleme durch Mehrwegeffekte und sonstige Störquellen. Im Gegenzug dazu leidet wahrschenlich die Genautigkeit der internen Uhr unter dem geringen Preis. Außerdem unterstützen sie neben dem NAVSTAR System der Amis auch das GLONASS System der Russen. Die Technik entwickelt sich halt auch weiter.

Das NMEA Protokoll liefert keine Rohdaten sondern das Ergebnis einer Auswertung.
Für die Nutzung von DGPS muss die entsprechende Software diese Auswertung selbst betreiben, um die nötigen Randbedingungen einzuhalten. Das wäre unter anderem zum exakt selben Zeitpunkt die Positionsbestimmung über exakt die selben Satelliten.
Das wird deine Ausrüstung wohl können

Ich vermute aber trotzdem, dass es im falle von aktivierter S/A etwas bringen würde. Das letzte mal war das allerdings im Irakkrieg der Fall und ich denke das werden wir wohl nicht wieder erleben.