Analysis of GNSS receiver accuracy in the forest environment

• Autorzy: Grala N. , Brach M.

Warianty tytułu

PL

Dokładność wyznaczania współrzędnych geograficznych w środowisku leśnym za pomocą odbiornika GNSS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The phrase Global Navigation Satellite System (GNSS) is the standard generic term for satellite navigation systems that provide autonomous geo-spatial positioning with global coverage. A GNSS allows small electronic receivers to determine their location (longitude, latitude, and altitude) to within a few centimeters using by measuring the distance to satellites. Receivers on the ground with a fixed position can also be used to calculate the precise time as a reference for scientific experiments. The United States NAVSTAR Global Positioning System (GPS) is the only fully operational GNSS but there is a big chance that other systems will be fully operational soon. Signals from the GNSS satellites must travel a long distance until they reach the earth's surface. Many factors, such as delays caused by the ionosphere and the troposphere, can cause errors in position calculation. Objects near a receiver antenna, such as trees or buildings, can reflect GNSS signals and result in one or more secondary propagation paths (D'Eon, 1996; Sigrist, 1999). These secondary path signals can interfere with the signal that reaches the receiver directly from the satellite, distorting its amplitude and phase significantly (Zheng et al., 2002). It is known that forest canopy adversely affects the accuracy of GNSS positioning. Multipath propagation of GNSS signals is one of the main sources of errors in the forest. There have been many attempts to enhance the GNSS positioning accuracy under forest canopy but they still have not fully met requirements of surveyors or researchers who need to obtain accurate coordinates inside a forests (Yoshimura, Hasegawa, 2006). There is some evidence that if we put the receiver antenna higher we can improve measurements quality (Yoshimura, Nose, Sakai, 2005). The main goal of this experiment was to check at which height the precision of data collection is best in our stand-case. In order to obtain the highest quality the DGPS method was used. A net of reference stations (ASG-EUPOS) gives opportunities to test if the GNSS system is an appropriate tool to obtain accurate positioning in forested area. Such an experiment was conducted for the first time in Poland, in order to attempt to determine the usefulness and accuracy of GNSS receivers in forest environments. Study area The research was conducted in April 2009 in the forest district of Głuchów, in Poland. Głuchów is in the centre of the country, close to the city of Lódź. The area belongs to the Forest Experimental Station, managed by Warsaw University of Life Science (WULS). This area has 900 hectares of forests. The research was conducted in coniferous, broadleaved and mixed forests of different ages and height.

PL

Technologia nawigacji satelitarnej podlega procesowi ciągłego rozwoju sprawiając, że uzyskiwane dokładności wyznaczania współrzędnych są coraz większe, przy jednoczesnym zmniejszeniu nakładu pracy ze strony użytkownika. Jest to możliwe dzięki jednoczesnemu wykorzystaniu systemów nawigacyjnych GPS i GLONASS oraz korekcji danych z sieci stacji referencyjnych o zasięgu krajowym (ASG- EUPOS). Mając ponadto na względzie stale malejące ceny odbiorników do nawigacji satelitarnej, prawdziwym staje się stwierdzenie, że wkraczamy w nową erę pomiarów geodezyjnych opartych o technologię GNSS - Global Navigation Satellite System. Istotnym mankamentem tej technologii jest znaczące obniżenie dokładności pomiarowej uzyskiwanej przez odbiorniki do nawigacji satelitarnej w środowisku terenów leśnych i zadrzewionych. Zjawisko odbicia i wielotorowości sygnału jest problemem, który próbuje się rozwiązać stosując różnego rodzaju metody. W eksperymencie zaproponowano zastosowanie lekkiego aluminiowego masztu do wyniesienia anteny odbiornika na trzy różne wysokości - 5, 10 i 15 metrów, aby poprawić odbiór sygnałów radiowych z satelitów nawigacyjnych. Metoda ta nie była dotąd stosowana w Polsce. Wyko nanie w ten sposób wielu pomiarów i porównanie wyników z danymi referencyjnymi posłużyło do przeprowadzenia analizy wpływu wysokości na dokładność pomiaru współrzędnych. Ważnym zagadnieniem stanowiącym przedmiot badań w ramach niniejszego projektu jest sprawdzenie dokładności określania współrzędnych wspomaganych ogólnopolską siecią stacji referencyjnych ASG-EUPOS. Deklarowane przez wykonawcę systemu wartości błędu określania pozycji na poziomie š0,03 m nie zostały bowiem potwierdzone w środowisku leśnym. Badania wykazały, że sieć referencyjna ASG- EUPOS pozwala na osiągnięcie 0.5 metra dokładności przy wyznaczaniu współrzędnych w środowisku leśnym. Tryb pomiarów jest głównym elementem przyczyniającym się do stopnia dokładności określania współrzędnych. Zwiększenie wysokości anteny odbiornika pozwala na zmniejszenie błędu pomiaru w trybie Float.

Słowa kluczowe

EN

GNSS; forestry; surveying

PL

GNSS; leśnictwo; geodezja

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej
• Czasopismo: Roczniki Geomatyki
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 7, z. 2
• Strony: 41--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz.

Twórcy

autor

Grala N.

autor

Brach M.

• Faculty of Forestry, Warsaw University of Life Sciences,,

Bibliografia

• D’Eon S.P., 1996: Forest canopy interference with GPS signals at two antenna heights. Northern Journal of Applied Forestry Vol 13 No 2: 89-91.
• Leick A., 1995: GPS satellite surveying 2nd edn. New York.
• Nćsset E., 1999: Point accuracy of combined pseudorange and carrier phase differential GPS under forest canopy. Canadian Journal of Forest Research Vol 29: 547-553.
• Sigrist P., 1999: Impact of forest canopy on quality and accuracy of GPS measurements, International Journal of Remote Sensing; pp. 3595-3610.
• Yoshimura T., Nose M., Sakai T., 2005: High-end GPS vs. low-end GPS: comparing GPS positional accuracy in the forest environment. Kyoto University, Japan.
• Yoshimura T., Hasegawa H., 2006: Does a consumer GPS receiver achieve submeter accuracy under forest canopy? Kyoto University, Japan.
• Zheng J., Wang Y., Nihan N., 2002: Quantitative Evaluation of GPS Performance under Forest Canopies. Department of Civil and Environmental Engineering, University of Washington.U.S.A.