Mätinstrument och dess kontrollenhet

Allmän info

Inget mätinstrument är optimalt till all mätning, utan alla mätinstrument har sina fördelar och nackdelar. Det absolut bästa är en sund kombination är av olika mätinstrument, som alla fungerar med en och samma kontrollenhet. Detta har sålunda starkt påverkat både mina egna instrumentval och val av kontrollenhet.

Kontrollenhet

Inledning

Oavsett val av mätinstrument, så är kontrollenheten otroligt viktig för en effektiv och säker mätning. Det är ingen överdrift att påstå att kontrollenheten är mätinstrumentets hjärna. Det är ju kontrollenheten som vidareförädlar all rådata från mätinstrumentet, till t.ex. koordinater i ett lämpligt koordinatsystem, avstånd och riktning till en referenslinje, väglinje eller en utsättningspunkt. Dessutom används ofta kontrollenheten till att starta upp och konfigurera mätinstrumentet

Värdefulla mätprogram

En kontrollenhet har många olika mätprogram, där de sex vanligaste mätprogrammen är:

Inmätning

Vid en vanlig punktinmätning visas fortlöpande X-koordinat, Y-koordinat och Z-koordinat i det valda koordinatsystemet. Används en totalstation, kan även flera kombinationer av vinklar och längder (mellan totalstationen och prismat) visas. 

Mätaren får ange punktnummer och punktkod för varje mätpunkt, som ska lagras. De flesta kontrollenheter har dock en automatisk uppräkning av punktnumret. Dessutom brukar punktkoden från den senast inmätta punkten vara förvald (default).

Det går också att göra inmätningar relativt en referenslinje eller en väglinje.

Utsättning

Vid en vanlig punktutsättning visas fortlöpande avståndet i X-led, Y-led och Z-led till den punkt som ska sättas ut. Ibland kan även vinkeln, avståndet och den relativa höjden till utsättningspunkten visas. 

Den visade vinkeln kan antingen vara riktningen till utsättningspunkten i det valda koordinatsystemet. Då visas det absoluta (horisontala) avståndet till utsättningspunkten. Den visade vinkeln kan också vara deltavinkeln mellan prismat och utsättningspunkten (räknat från totalstationen). Då visas det relativa avståndet till utsättningspunkten (räknat från totalstationen). 

Mätaren/pinnpojken guidas systematiskt fram till utsättningspunkten, som sedan markeras på ett lämpligt sätt. Därefter sker oftast en kontrollmätning, där avvikelsen i X-led, Y-led och Z-led sparas för en kommande redovisning.

Det går också att sätta ut referenslinjer, väglinjer och terrängmodeller.

Referenslinje

Inmätning och utsättning mot en virtuell tredimensionell referenslinje är två mycket användbara mätprogram i många sammanhang, t.ex. för att kunna gå spikrakt i helt parallella linjer över en besvärlig terräng (t.ex. ett frifällt kalhygge på en kuperad mark) eller vid en utsättning av t.ex. en spikrak ägogräns! Kontrollenheten visar då fortlöpande sidavståndet (och höjdavståndet) till den virtuella tredimensionella referenslinjen. 

Den tredimensionella referenslinjen behöver ju inte vara rak, utan den kan lika gärna vara en kurva - med en känd radie!

Väglinje

Ett väglinjeprogram är ett komplett program för utsättning och kontrollmätning vid t.ex. anläggning av vägar och vallar. Vid första påseendet verkar en väglinje bara bestå av flera referenslinjer, som länkats ihop. Men väglinjer är mycket mer än så. En komplett väglinje består nämligen av fyra olika delar. Dessa är horisontal väglinje, vertikal vägprofil, tvärsektion och skevning. 

Den horisontala väglinjen anger var vägens mittlinje ska gå i terrängen. För att underlätta positioneringen på väglinjen, brukar den delas upp i olika längdsektioner. Den vertikala vägprofilen anger höjderna vid varje längdsektion på väglinjen (vägens mittlinje). Tvärsektionen anger hur vägkroppen ska se ut vid varje längdsektion på väglinjen. 

Skevningen anger hur vägbanan lutar i sidled från vägmitt vid varje längdsektion på väglinjen. På raksträckorna har de flesta vägbanor en lutning på ca -2 % mot vägkanten (s.k. full bombering), för att regnvattnet snabbt ska kunna rinna undan. Kurvorna är däremot doserade, för att förhindra avåkningar.

Med väglinjeprogrammet blir det möjligt att sätta ut käppar (flukter), där flugorna sitter på rätt plats för entreprenörerna så att rätt höjd och rätt lutning kan erhållas på vägbanan. När vägen är sedan klar, kan en kontrollmätning lätt ske med väglinjeprogrammet. I bägge fallen kan mätaren välja vilken del av tvärsektionen som ska sättas ut eller kontrollmätas vid den aktuella längdsektionen. 

Vid utsättning av väglinjen visas fortlöpande sidavståndet och höjdavståndet till den önskad delen på väglinjens tvärsektion. Vid behov går också att lägga till en önskad horisontal eller vertikal konstruktionsoffset. Vid inmätning av väglinjen visas fortlöpande närmsta längdsektion och sidoavstånd till väglinjen.

Koordinatgeometri

En kontrollenhet kan också skapa nya virtuella punkter på många olika sätt genom s.k. koordinatgeometri (COGO-program). Med ett COGO-program kan mätaren virtuellt mäta in svåråtkomliga objekt, från lättåtkomliga platser. Nya utsättningspunkter kan lätt skapas från COGO-programmet. Även avståndet, lutningen och riktningen mellan två punkter kan smidigt beräknas via COGO-programmet - även när punkterna är virtuellt skapade!

En inbyggd avancerad miniräknare i kontrollenheten är mycket användbar tillsammans med ett väl utbyggd COGO-program, speciellt vid utsättningar mot en referenslinje.

Egna mätprogram (UDS)

Vissa kontrollenheter tillåter att mätaren konstruerar sina egna mätprogram (UDS). Detta är mycket bra - förutsatt att de egenkonstruerade mätprogrammen tillåts bli tillräckligt långa! En del äldre kontrollenheter har dessvärre alltför dåligt med tillgängligt minne, för att de egenkonstruerade mätprogrammen ska kunna bli tillräckligt långa.

Moderna kontrollenheter 

Grafisk display

De moderna kontrollenheterna har en grafisk display, så att mätaren kan se hela mätområdet på en inlagd karta. Även den utförda mätningen syns på den grafiska displayen. Då kan mätaren lätt upptäcka om det finns några missade fläckar i mätningen (och givetvis mäta in de missade fläckarna), innan mätaren packar ner utrustningen och åker hem. Detta är mycket praktiskt och sparar in både tid och onödiga återbesök för kompletteringsmätningar. Då minskar också risken att någon punkt blir dubbelinmätt.  

Olika koordinatsystem

De moderna kontrollenheterna lagrar positionerna som vektorer och inte som koordinater. Då kan mätaren snabbt välja vilket koordinatsystem som den tredimensionella positionen ska visas i. Vid behov kan också mätaren snabbt ändra det koordinatsystem, som mätpunkterna visas i.

De moderna kontrollenheterna kan också skapa avancerade koordinattransformationssamband i fält, t.ex. ett transformationssamband mellan WGS 84 och ett helt lokalt koordinatsystem (t.ex. X=1000, Y=1000, Z=10).

Punktkoder och punktkodlistor

En punktkod används för att beskriva en mätpunkt. Några vanliga exempel på punktkoder kan vara brunn, dike, vägmitt, fältkant. Punktkoderna används ofta för s.k. lagerstyrning, vid överföringen av mätdatan till ett CAD-program. Redan vid importen till CAD-programmet hamnar alltså de olika mätpunkterna i rätt lager, vilket spar in mycket manuellt (och trist) sorteringsarbete.

Val av punktkoder

För att underlätta valet av en lämplig punktkod ute i fält, kan de olika punktkoderna läggas i en s.k. punktkodlista, som då lagras i kontrollenheten. I punktkodlistan kan då t.ex. ett dike motsvara siffran 3 och en väg kan motsvara siffran 2. 

När mätaren skriver in en valfri siffra i rutan för punktkoden i kontrollenheten, visas alla punktkoder i den aktuella punktkodlistan som börjar med den aktuella siffran. Mätaren kan nu lätt välja den rätta punktkoden från den visade punktkodlistan. På så sätt slipper mätaren att ha hela punktkodlistan i huvudet. 

Många olika punktkodlistor

Olika mätare kör sällan med samma punktkodlista. Olika uppdragsgivare (t.ex. banverket och vägverket) använder sällan samma punktkodlista i sina datasystem. En modern kontrollenhet har därför plats för många olika punktkodlistor, som mätaren själv kan lägga in i kontrollenheten.

Aktiv bakgrundskarta

De moderna kontrollenheterna har också en aktiv bakgrundskarta, som lätt kan användas vid utsättningar. Den aktiva kartan är en 3d-projekterad CAD-ritning  i ett lämpligt filformat, som givetvis måste överföras till kontrollenheten innan utsättningen kan påbörjas

För att sätta ut en linje från den aktiva bakgrundskartan, är det bara att klicka på önskad linje och välja önskad startpunkt på linjen. Sedan är det bara att knappa in önskad sektion och eventuella offset, innan mätaren guidas till den exakta utsättningspunkten - precis som vanligt! 

Utsättningar av terrängmodeller

Med en modern kontrollenhet, kan mätaren både sätta ut och kontrollmäta en terrängmodell i fält. Därmed blir volymberäkningarna betydligt säkrare. Terrängmodellen får då exporteras från ett CAD-program (t.ex. TopoCAD).

I mätfönstret syns aktuell skär/fyll-höjd till den valda terrängmodellen (utöver aktuell X-koordinat, Y-koordinat och Z-koordinat). Vid behov går det t.o.m. att lägga till en vertikal konstruktionsoffset.

Mätprofiler

Moderna kontrollenheter har s.k. mätprofiler, som ställer in de olika mätinstrumenten för olika typer av mätningar. I mätprofilen ställs då ett antal parametrar in i förväg. På så sätt kan många onödiga slarvfel undvikas, när mätinstrumentet startas upp. Med förinställda mätprofiler, går det också snabbt att växla mellan olika sorters mätinstrument.

Integrerad mätning

Med moderna kontrollenheter går det snabbt och smidigt att växla mellan olika mätinstrument, t.ex. mellan en RTK-GPS och en totalstation för en ökad mäteffektivitet. Denna finess kallas ofta för integrerad mätning

Ibland går det också att kombinera olika sorters mätinstrument, t.ex. GPS och  ekolod för att snabbt kunna göra en terrängmodell över ett hamninlopp.  

Operativsystem

Med ett modernt operativsystem kan många olika mätprogram vara öppna samtidigt i kontrollenheten. Att på Windows-mannér kunna växla snabbt mellan olika mätprogram är mycket praktiskt och spar ofta tid. 

Ruggad handdator

En modern kontrollenhet är i princip en ruggad handdator med mycket beräkningskraft och mycket minne. Mätprogrammet är givetvis specialdesignat för en geodetisk mätning. 

Fantasin sätter gränsen

Det är egentligen bara fantasin (hos både programmerare och mätare) som sätter gränsen för vad som är möjligt att mäta in, sätta ut och beräkna med en bra kontrollenhet.

Konfigurera ihop kontrollenhet och CAD-program

Slutligen ska mätdatan i kontrollenheten kunna tas hand av ett CAD-program (t.ex. TopoCAD) på ett smidigt och effektivt sätt. CAD-programmet ska givetvis fungera klockrent ihop med kontrollenheten och vice versa. I princip kan då hela grundritningen göras direkt i fält. Dessutom ska ju alla utsättningspunkter, väglinjer och terrängmodeller kunna exporteras direkt från CAD-programmet till kontrollenheten.

Sedan författaren konfigurerade ihop sin kontrollenhet (ACU) och sitt CAD-program (TopoCAD), undviks ca två timmars manuellt (och trist) sorteringsarbete per mätdag. Dessutom hamnar t.ex. grindar och vägtrummor precis där de ska vara på ritningen och inte någon annan stans. 

Olika mätinstrument

Idag finns i princip 7 olika sorters mätinstrument för en geodetisk mätning. Dessa mätinstrument är: 

GPS

Bakgrund

GPS betyder globalt positionssystem och finns idag i två varianter, dels det amerikanska NAVSTAR-GPS och dels det ryska GLONASS-systemet. Om några år har EU förhoppningsvis ett eget system uppe, vid namn GALILEO. Dessutom är Kina på gång med ett eget system vid namn BEIDOU. .

NAVSTAR-GPS ägs av den amerikanska militären och den ryska militären äger GLONASS-systemet. GALILEO-systemet är däremot ett helt civilt EU-projekt. BEIDOU ägs av den kinesiska militären.

Om inget annat anges i texten, avses det amerikanska NAVSTAR-GPS när beteckningen GPS används nedan.

Princip

Principen för NAVSTAR-GPS är att ca 25 GPS-satelliter, på ca 2 000 mils höjd, kontinuerligt sänder ut olika GPS-signaler. Om GPS-signalerna från minst 4 - 5 GPS-satelliter samtidigt tas emot i en speciell GPS-mottagare, kan positionen beräknas i alla tre dimensioner. 

Absolutnoggrannhet

Beroende på atmosfäriska variationer och satellitgeometri, blir absolutnoggrannheten inte bättre än 10 - 15 meter i sidled och 20 - 25 meter i höjd - vilket är fullt tillräckligt för friluftsbruk! 

Notera att dessa 10 - 15 meters absolutnoggrannhet i sidled och 20 - 25 meter absolutnoggrannhet i höjd, endast gäller under ca 95 % av tiden - på en öppen plan mark! Den övriga 5 % av tiden kan absolutnoggrannheten bli betydligt sämre (ibland över 2 kilometer), liksom ännu oftare inne i skogen och i bergsterrängen.

GPS-mottagarens olika delar

En komplett GPS-mottagare (oavsett prisklass) består i princip av tre delar; en GPS-antenn, en mottagardel och en datordel. GPS-antennens uppgift är att ta emot GPS-signalerna och överföra dessa till mottagardelen, som i sin tur beräknar GPS-antennens position i WGS 84-format. Datordelens uppgift är att vidareförädla den framräknade positionen till t.ex. det önskade referenssystemet, avståndet och riktningen till en waypoint, en utsättningspunkt eller en referenslinje

Olika designprinciper

En hobby-GPS-mottagare har vanligtvis allt integrerad till en enda robust enhet. Undantag finns dock där datordelen består av en separat handdator (PDA) eller en bärbar dator - med ett lämpligt kartprogram! Mer avancerade GPS-mottagare för DGPS och RTK-GPS har vanligtvis dessa tre delar helt separerade. Kommunikationen mellan de tre separerade delarna sker då via kablar eller blåtand. 

Kontrollenheten

Den separata datordelen kallas ofta för en kontrollenhet på fackspråk. En modern kontrollenhet är vanligtvis en ruggad handdator, där mjukvaran och ibland även hårdvaran har specialdesignats för geodetisk mätning. 

Enmansinstrument

Alla GPS-mottagare är enmansinstrument.

Precision och mätnoggrannhet

Bakgrund

Många GPS-mottagare och kontrollenheter anger precisionen i positionsberäkningen. Ofta kan enstaka inmätta punkter med en dålig precision filtreras bort. 

Många GPS-användare tror att den angivna precisionen är det samma som den faktiska mätnoggrannheten för mätningen. Så är inte fallet! Författarens egna tester visar tydligt att korrelationen mellan den angivna precisionen och den faktiska mätnoggrannheten är mycket låg.

Definitioner 

Den angivna precisionen är den momentana spridningen av den GPS-beräknade positionen. Mätnoggrannheten är spridningen runt det sanna värdet för mätpunkten, som i praktiken är helt okänt. Dessutom finns uttrycket riktighet, som är ett mått på överensstämmelsen mellan mätningens medelvärde och det sanna värdet för mätpunkten.

DOP 

DOP betyder utspädning av precision (engelska dilution of precision) och är ett användbart mått på den visade positionens kvalitet. DOP är det geometriska bidraget till osäkerheten i en positionsbestämning med en GPS-mottagare. Ju större DOP-värde, ju sämre mätnoggrannhet erhålls. Ett högt DOP-värde erhålls vid få satelliter i kombination med en dålig satellitgeometri.

Det finns sex olika DOP-varianter. Vi har PDOP (Positions DOP, 3D-koordinat), HDOP (Horisontell DOP, 2D-koordinat), VDOP (Vertikal DOP, höjdkoordinat), GDOP (Geometrisk DOP, 3D-koordinat + tid), TDOP (Tids DOP) samt RDOP (Relativ DOP, medelvärde över tiden). De exakta formlerna för beräkningen av DOP-värdena är svåra att hitta i litteraturen, bortsett från följande samband: PDOP2 = HDOP2 + VDOP2.

RMS

Förkortningen RMS står för Root Mean Square (effektvärde) och är ett mått på mätnoggrannheten i GPS-mätningen. RMS definieras som radien på den felcirkel, där ca 70 % av lägesbestämningarna kan återfinnas. RMS kan antingen uttryckas som avståndsenheter (millimeter) eller våglängdscykler. Ju lägre RMS-värde, ju högre kvalitet får GPS-mätningen.

Olika GPS-signaler

Bakgrund

Varje NAVSTAR-GPS-satellit ut två signaler, som kallas för L1 och L2. L1-signalen sänder på 1575,42 MHz och består av en C/A-kod, en P-kod och ett navigationsmeddelande (50 bits/sekund). L2-signalen sänder ut på 1227,60 MHz och består av en P-kod och ett navigationsmedelande (50 bits/sekund). 

Antispoofing

Ibland kan P-koden ersättas av en krypterad Y-kod på både L1-signalen och L2-signalen. Y-koden är då bara tillgänglig för den amerikanska militären och möjligtvis även för militären i de övriga NATO-länderna. När den krypterade Y-koden sänds, kallas det på fackspråk för antispoofing.

Kodmätning 

Då används bara L1-signalens C/A-kod (våglängd (l) = 300 meter) eller P-kod (våglängd (l) = 30 meter) för positionsbestämningarna. Kodmätningen är enkel och går snabbt att utföra. Enkla och billiga GPS-mottagare kan användas för kodmätningen. 

Beroende på vilken GPS-mottagare som används, varierar upplösningen i kodmätningen från någon decimeter till några meter. 

Kodmätningen ger bara en horisontal mätnoggrannhet på 10 - 15 meter, men kodsignalen tränger lätt igenom skogens grenverk

Bärvågsunderstödd kodmätning

Med en s.k. bärvågsunderstödd kodmätning höjs mätnoggrannheten till ca 0,5 - 1 meter, men då krävs en låsning till satellitsignalen under några minuter. Då krävs också en bättre GPS-mottagare, än vad som krävs för den vanliga kodmätningen.

Bärvågsmätning 

Då används satellitsignalens bärvåg ( lL1 = 19 centimeter och lL2 = 24 centimeter) i positionsbestämningen. Upplösningen i bärvågsmätningen är några millimeter. S.k. periodobekanta måste bestämmas. Bärvågsmätning kräver en betydligt mer avancerad GPS-mottagare (med betydligt mer avancerade beräkningsrutiner), än vad som krävs vid en ren kodmätning

Störningskänslig

All bärvågsmätning är mycket känslig för signalavbrott. Synnerhet L2-bärvågssignalen brukar lätt försvinna i t.ex. skogens grenverk

Nya GPS-signaler på gång

För att öka noggrannheten i positionsbestämningen, har amerikanarna börjat skicka upp NAVSTAR-GPS-satelliter med en stark fjärde signal benämnd L2C. Snart kommer också NAVSTAR-GPS-satelliter med en femte signal benämnd L5. Dock dröjer det till ca år 2015 innan både L2C-signalen och L5-signalen skickas ut från alla amerikanska NAVSTAR-GPS-satelliter. 

L2C signalen får samma frekvens som den vanliga L2-signalen (1227,60 MHz), men L2C-signalen ser helt annorlunda ut. L5-signalen kommer att få frekvensen 1176,45 MHz. 

Olika GPS-mottagare

Beroende på mätnoggrannhet och de signaler som nyttjas, delas GPS-mottagare in i följande klasser med vitt skilda prislappar:

Hobby-GPS-mottagare

Inledning

Enkla hobby-GPS-mottagare är mycket användbara för bl.a. friluftsliv samt kartnavigering med bil, fritidsbåt, privatflyg, drakflygning m.m. En hobby-GPS-mottagare använder enbart kodsignalen för att beräkna sin position. 

Den horisontala mätnoggrannheten ligger under ca 95 % av tiden kring 10 - 15 meter på den öppna marken. Mätnoggrannheten i höjd blir då ca 20 - 25 meter. 

Under den övriga ca 5 % av tiden på den öppna marken (samt ännu oftare inne i skogen) kan GPS-positionen (tillfälligt) sticka iväg, ibland upp till flera kilometer. Detta beror på satellittillgång, diverse atmosfäriska störningar och flervägsmätning.

Vanliga funktioner

Alla kompletta hobby-GPS-mottagare har positionslagring (waypoints), färdspår (tracks) och rutter (routes). Hålls hobby-GPS-mottagaren i rörelse (en lugn promenadhastighet krävs), kan även kompassriktningen tas ut. 

De flesta hobby-GPS-mottagare kan också beräkna tiderna för dagens soluppgång och solnedgång vid den aktuella positionen. Det är en mycket användbar funktion för friluftslivet under främst höst och vår, då dagslängden snabbt förändras. Notera att de framräknade tiderna för dagens soluppgång och solnedgång, vanligtvis avser den tidpunkt då solens översta kant korsar horisonten.

Avancerade funktioner 

Mer avancerade hobby-GPS-mottagare har dessutom en inbyggd tryckgivare för en noggrannare höjdmätning och en elektronisk kompass, för att kunna ta ut kompassriktningen när hobby-GPS-mottagaren är helt stilla (t.ex. vid ett vägval). Både barometern och den elektroniska kompassen behöver kalibreras med jämna mellanrum, för att kunna uppnå det bästa resultatet. 

Kartbaserade hobby-GPS-mottagare

Vissa hobby-GPS-mottagare har t.o.m. stöd för kartor. Då syns positionen direkt på den inlagda kartan - som givetvis måste vara kompatibel med den aktuella hobby-GPS-mottagaren! Finns det dessutom stöd för en autoruttfunktion i hobby-GPS-mottagarens datordel, kan också ett förslag på en lämplig färdväg till nästa destination erhållas. 

Alternativ

Motsvarande kartfunktioner kan också erhållas, när en hobby-GPS-mottagare kopplas till en handdator (PDA) eller en bärbar dator, som innehåller ett lämpligt kartprogram och lämpliga kartor. Det finns en hel del lämpliga datorprogram för detta ändamål. Väl ute i naturen, är det en klar fördel om handdatorn eller den bärbara datorn är ruggad och har en s.k. utomhusskärm. 

Pris

En komplett hobby-GPS-mottagare kostar från ca 1 000 kr och uppåt, beroende på datordelens prestanda. 

Slutsats

En hobby-GPS-mottagare duger alltså bra för att hitta till en mätplats, men den är helt värdelös för all professionell inmätning och utsättning. Däremot kan en hobby-GPS-mottagare vara en inkörsport för t.ex. enklare kartografi. Mer om hobby-GPS-mottagare finns här och här!

DGPS

Inledning

Den absoluta mätnoggrannheten kan avsevärt förbättras med hjälp av vissa korrigeringssignaler från stationära referensstationer eller från geostationära referenssatelliter, s.k. differentiell GPS (DGPS). Med en DGPS-mottagare kan den absoluta mätnoggrannheten på öppen mark öka till ca 0,5 - 5 meter i sidled och ca 0,8 - 8 meter i höjd

Notera att dessa 0,5 - 5 meters mätnoggrannhet i sidled och 0,8 - 8 meters mätnoggrannhet i höjd gäller endast under ca 95 % av tiden på en öppen plan mark. Den övriga ca 5 % av tiden kan mätnoggrannheten bli betydligt sämre, liksom ännu oftare inne i skogen och i bergsterrängen. 

Den absoluta mätnoggrannheten beror dels på DGPS-mottagarens kvalitet och dels på vilken DGPS-tjänst som används. Avancerade (och noggrannare) DGPS-mottagare nyttjar den bärvågsunderstödda kodmätningen, men enklare DGPS-mottagare nyttjar enbart den vanliga kodmätningen.

Olika DGPS-tjänster

Bakgrund

Vissa satellitbaserade DGPS-tjänster fungerar över större delen av världen (t.ex. Omnistar). Andra radiobaserade DGPS-tjänster fungerar enbart inom mindre områden, som t.ex. Sjöfartsverkets DGPS-tjänst för kustnära områden och Vänern (gratis) samt den rikstäckande EPOS-tjänsten från Cartesia (abonnemanget kostar ca 6 000 kr/år). 

Radiobaserade DGPS-tjänster 

För att kunna ta emot en radiobaserad korrigeringssignal, krävs en speciell (och ofta dyr) radiomottagare. Tyvärr krävs det en radiomottagare till Sjöfartsverkets DGPS-tjänst och en helt annan radiomottagare till EPOS-tjänsten från Cartesia

Sjöfartsverkets DGPS-tjänst och EPOS-tjänsten från Cartesia fungerar alldeles utmärkt inne i skogen, så länge en fungerande radiolänk finns på den aktuella mätplatsen!

Telefonbaserade DGPS-tjänster

Den 1 april 2006 startar SWEPOS en DGPS-tjänst, som kräver GSM eller GPRS. SWEPOS-tjänsten kommer bara att fungera på mätplatser där nätverks-RTK fungerar. Därmed kommer den inte att fungera i norrlands inland.   

Satellitbaserade DGPS-tjänster

En gratis satellitbaserad DGPS-tjänst, EGNOS, håller på att utvecklas över hela Europa. I USA finns redan motsvarigheten WAAS. EGNOS beräknas bli fullt operativt under år 2006 och sedan certifieras under år 2007. 

Det behövs ingen radiomottagare för vare sig WAAS eller EGNOS. Korrigeringssignalen kommer från geostationära satelliter, som dessvärre står lågt (åt söder) på den svenska himlen. Däremot måste själva DGPS-mottagaren vara förberedd för WAAS/EGNOS. De flesta nya DGPS-mottagare är förberedda för WAAS/EGNOS.

Tyvärr fungerar inte Omnistar och WAAS/EGNOS bra inne i skogen, då korrigeringssignalen från de geostationära kontrollsatelliterna ofta filtreras bort. Enstaka luckor kan dock finnas inne i skogen, där det går att mäta med både Omnistar och WAAS/EGNOS

Alternativa distributionssätt av de satellitbaserade korrektionssignalerna diskuteras dock, t.ex. via GSM eller mobilt internet. Då skulle även Omnistar och WAAS/EGNOS fungera bra inne i skogen - förutsatt en GSM-täckning på den aktuella mätplatsen!

DGPS mot en egen basstation

För den som redan har en komplett RTK-GPS-utrustning, går det alldeles utmärkt att köra DGPS mot en egen basstation. Detta mätläge kallas ibland för RT-diffrentiell (Trimble), Max Track (Leica) och CO-OP tracking (Topcon). Basstationen får då konfigureras, så att den också sänder ut tilläggskoder i RTCM 104-formatet. 

Är basstationen uppställd på en känd punkt, alternativt inmätt med en Nätverks-RTK eller genom en efterberäkning, blir absolutnoggrannheten ungefär lika god som med officiella DGPS-tjänster - enligt egna tester! Räckvidden beror ju på kommunikationen mellan basstationen och rovern! Det är ofta praktiskt att snabbt kunna växla mellan en RTK-mätning och en DGPS-mätning.

Användningsområde för en bättre DGPS-mottagare

Bättre DGPS-mottagare har fått en stor användning för kartframställningar och GIS-verksamheter, jordbruket (främst inom precisionsodlingen), skogsbruk, EU-kontroller av arealbaserade EU-stöd och noggrannare sjöfartsnavigering (guidning). 

Övrigt

Nyare hobby-GPS-mottagare har ofta stöd för WAAS/EGNOS och är då (på en öppen mark) att betrakta som enkla DGPS-mottagare med 3 - 5 meters horisontal mätnoggrannhet.

RTK-GPS

Inledning

För professionella GPS-mätningar och maskinstyrningar på en öppen mark, med krav på en centimeternoggrannhet i realtid, utnyttjas en eller flera (egna) basstationer. Då nyttjas principen att atmosfären är relativt homogen inom ett begränsat område. På så sätt kan den relativa mätnoggrannheten avsevärt förbättras, även om den absoluta mätnoggrannheten fortfarande inte är bättre än 10 - 15 meter. 

Med en egen fast basstation och en rörlig s.k. rover, blir den relativa noggrannheten (relativt den egna fasta basstationen) ofta bättre än 1,5 centimeter i sidled och 2 centimeter i höjd - om en s.k. fixlösning erhålls! Denna mätmetod kallas för RTK (engelska Real Time Kinematic). Baslinjen, avståndet mellan basstationen och rovern, bör inte överstiga ca 10 kilometer.

Signaler för RTK-GPS

Tvåfrekvensmottagare

En RTK-GPS-mottagare är nästan alltid en tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare som kräver både L1- bärvågssignalen och L2-bärvågssignalen från minst fem olika satelliter samtidigt, för att över huvudtaget kunna mäta med en RTK-GPS-lösning. 

Givetvis måste basstationen då också vara en tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare, för att en tvåfrekvens RTK-GPS-lösning ska kunna fungera. 

Enfrekvensmottagare

Det finns fortfarande någon enstaka RTK-GPS-lösning med två stycken enfrekvens RTK-GPS-mottagare (L1-bärvågssignalen) kvar på marknaden, men de får en sämre mätnoggrannhet och en längre initialiseringstid än lösningar med två stycken tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare. 

Kombinerade mottagare

Det finna även vissa RTK-GPS-mottagare som kan hantera både NAVSTAR-GPS och GLONASS-satelliter på marknaden, både enfrekvens NAVSTAR-GPS/GLONASS-mottagare och tvåfrekvens NAVSTAR-GPS/GLONASS-mottagare. 

Givetvis måste basstationen då också vara en NAVSTAR-GPS/GLONASS-mottagare med exakt samma bärvågssignaler som rovern, för att en NAVSTAR-GPS/GLONASS-lösning ska kunna fungera. 

Dessutom måste både basstationen och rovern ta emot bärvågssignaler från minst två GLONASS-satelliter samtidigt, för att mätaren ska kunna utnyttja fördelen med NAVSTAR-GPS + GLONASS.

Kompatibilitet

Basstationen och rovern måste givetvis fungera ihop. Det är tyvärr inte alla kombinationer av basstationer och rovers som fungerar bra i hop. Det kan bli problem både mellan olika märken och mellan olika generationer inom samma märke. Det har författaren själv bittert fått erfara. Problemet löstes genom en ny basstation, när den gamla basstationen la av (för författaren var nämligen nöjd med rovern).

Nätverks-RTK

Inledning

För att att erhålla en lika hög absolut mätnoggrannhet i rikets nät som den relativa mätnoggrannheten med en RTK-GPS, kopplas Lantmäteriets fasta basstationer samman i ett nätverk, s.k. nätverks-RTK. Då behövs bara en RTK-GPS-rover och ett fungerande GSM-modem - med en GSM-täckning på den aktuella mätplatsen! Baslinjens maximala längd kan då förlängas till ca 90 kilometer. 

Lantmäteriets fasta basstationer är ju inmätta med en millimeterprecision i rikets nät (genom en efterberäkning), så mätaren får positionen direkt i rikets nät med en centimeternoggrannhet. I övrigt så är mätning med en nätverks-RTK relativt lik mätning med en traditionell tvåfrekvens RTK-GPS-lösning och båda metoderna har ungefär samma mätningstekniska fördelar och nackdelar.

Tjänsten är under uppbyggnad

Lantmäteriets tjänst för nätverks-RTK är för närvarande under uppbyggnad i Sverige. Den 17 februari 2004 startade Lantmäteriet upp det s.k. Mitt-Ost projektet, som täcker författarens hemtrakter. Tillsammans med 17 kommuner anslöt sig MätNiklas som enda konsult till det s.k. Mitt-Ost projektet. 

Driftsäkerheten

Driftsäkerheten var dock inte särskilt bra i början, även om den avsevärt har förbättras. Nu erhålls sällan några felmeddelanden.

Vissa basstationer i nätverket har plötsligt lagt av och även mjukvaran har krånglat ibland. Om en basstation plötsligt försvinner i nätverket, försämras mätnoggrannheten. Om mjukvaran krånglar, går det inte att använda en nätverks-RTK över huvud taget. Dessutom är en nätverks-RTK troligtvis mer känslig för atmosfäriska störningar än en traditionell RTK-GPS

Mottagare

Idag är det möjligt att göra nätverks-RTK-mätningar med antingen en tvåfrekvens NAVSTAR-GPS-mottagare eller en tvåfrekvens NAVSTAR-GPS/GLONASS-mottagare.

Fixlösning och flytlösning

Fixlösning

För både en vanlig RTK-GPS och en nätverks-RTK, krävs att rovern måste göra en s.k. initialisering först, för att sedan kunna erhålla en s.k. fixlösning (engelska fix solution). När fixlösningen väl har erhållits, är det bara att mäta för fullt på en öppen mark! Fixlösningens precision på en öppen mark ligger oftast inom 1 - 2 centimeter i sidled och 1,5 - 3 centimeter i höjdled.

Initialisering

Initialiseringen kan ta alltifrån 10 sekunder till flera minuter på en öppen mark, men inne i skogen tar initialiseringen en betydligt längre tid - enligt egna tester! Initieringen tar oftast längre tid med en nätverks-RTK än med en vanlig RTK-GPS

Flytlösning

Innan en färdig fixlösning erhålls, får RTK-GPS-mottagaren först en s.k. flytlösning (engelska ambiguity). Flytlösningens ögonblickliga precision ligger ofta på 1 - 10 meter i sidled och 1,5 - 15 meter i höjdled. Genom en lite längre mätning (1 - 3 minuter) med enbart en flytlösning, kan den av kontrollenheten angivna precisionen förbättras till ca 0,3 meter i sidled och ca 0,5 meter i höjd

Rent tekniskt så innebär flytlösningen att det finns ett okänt antal hela våglängder mellan respektive NAVSTAR-GPS-satellit och RTK-GPS-mottagaren vid bärvågsmätningens början. När antalet periodobekanta väl har fixerats till ett heltal, erhålls en fixlösning.  

Signalkrav

För att erhålla en fixlösning eller en flytlösning med en tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare, krävs både L1-bärbågssignaler och L2-bärvågssignaler från minst fem GPS-satelliter samtidigt, samt inga problem med flervägsmätningar eller atmosfärsstörningar

Inne i skogen försvinner ofta ca hälften av L2-bärvågssignalerna, varför det sällan går att mäta med med en s.k. tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare här (som dock fungerar som en enfrekvens DGPS-mottagare med en lämplig DGPS-tjänst eller mot en egen basstation). Dessutom blir det också stora problem med flervägsmätningar inne i skogen, och då erhålls ingen fixlösning inom en skälig tid.

GPS och höjdmätning

Bakgrund

Alla GPS-mottagare (även alla hobby-GPS-mottagare och alla DGPS-mottagare) utgår från att havsytan är perfekt ellipsoidformad. Detta kallas på fackspråk för ellipsoiden. Alla okorrigerade höjdangivelser från en GPS-mottagare, anger höjdavståndet till den s.k. ellipsoiden. 

Geoiden

Tyvärr är jorden varken perfekt rund eller ens perfekt ellipsoidformad. Små densitetsskillnader i jordklotet gör att havsytan buktar utåt på vissa ställen och buktar inåt på andra ställen. Det är svårt att matematiskt exakt att beskriva havsytans form, speciellt hur havsytans fortsättning skulle sett ut där vi idag har land. 

Den tänkta fortsättningen av havsytan genom jordytan kallas på mätarspråk för geoiden. När vi i dagligt tal säger att vi är si eller så många meter ovanför havsytan, menar vi i själva verket att vi är si eller så många meter ovanför geoiden.

Geoidmodellen

Att matematisk beskriva förhållandet mellan ellipsoiden och geoiden, görs med en s.k. geoidmodell. Vid noggranna mätningar med en nätverks-RTK, har det visat sig att den gamla officiella geoidmodellen i Sverige (SWEN 01L) har en del lokala men stora brister. Det innebär att den korrigerade höjden, som kontrollenheten ger, kan vara upp till 20 - 30 centimeter fel. 

Observera att detta fel inte alls beror på GPS-mätningen i sig, utan enbart på en dålig geoidmodell. För två punkter, som endast ligger några kilometer från varandra, kan en felaktig geoidmodell ge lokala höjdfel på 10 - 20 centmeter. På andra ställen stämmer dock geoidmodellen SWEN 01L klart bättre överens med verkligheten.

Nya officiella geoidmodeller

Under våren 2005 infördes en ny officiell geoidmodell (SWEN 05LR) i Sverige. Den baseras på det nya höjdsystemet i Sverige (RH 2000), som ersätter det gamla höjdsystemet i Sverige (RH 70). SWEN 05LR  stämmer betydligt bättre än SWEN 01L

Under 2007 har det också kommit en ny geoidmodell för RH 70, kallad SWEN 05_RH70. Den bygger på SWEN 05LR men har anpassats för RH 70. Samtidigt byter SWEN 05LR namn till SWEN 05_RH2000.

Precisionsavvägningar

RH 2000 baseras på den nya (tredje) precisionsavvägningen (avvägdes 1978 - 2003) och RH 70 baserades på den andra precisionsavvägningen (avvägdes 1951 - 1967). Det finns också en ännu äldre höjdmodell (RH 00), som baseras på den första precisionsavvägningen (avvägdes 1886 - 1905). 

Den tredje precisionsavvägningen är mycket mer omfattande än de två första precisionsavvägningarna. De två första precisionsavvägningarna lämnade dessutom en del övrigt att önska beträffande mätnoggrannheten i höjd.

Geoidmodellen gäller för alla typer av GPS-mätningar

Notera att dessa höjdfel p.g.a. en bristande geoidmodell uppkommer vid både en traditionell RTK-GPS-mätning och en nätverks-RTK-mätning, liksom även vid en efterberäkning! Det är bara så att felen syns så mycket tydligare vid mätningar med en nätverks-RTK, där mätningarna sker direkt i rikets nät - utan någon föregående kalibrering mot en känd fixpunkt! 

En traditionell RTK-GPS-mätning utgår oftast från en känd fixpunkt och baslinjen (avståndet mellan basstationen och rovern) är sällan längre än 2 - 3 kilometer. Den kända fixpunkten kan mycket väl vara inmätt i rikets nät genom en efterberäkning

Andra geoidmodeller för enklare GPS-mottagare

Notera att även en hobby-GPS-mottagare och en DGPS-mottagare kan ha en geoidmodell inlagd i GPS-mottagarens datordel (dock sällan den officiella svenska geoidmodellen SWEN 01L).

Efterberäkning

Bakgrund

Genom att låta en bättre GPS-mottagare vara helt stilla och samla data under en lite längre tid, kan en mycket hög mätnoggrannhet uppnås i alla tre dimensioner. Mätdatan jämförs sedan med mätdata från Lantmäteriets Swepos-stationer och positionen beräknas i den s.k. beräkningsautomaten

Tålamod krävs

Ju längre tid som RTK-GPS-mottagaren står stilla och samlar data, desto högre mätnoggrannhet erhålls. Om en tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare står stilla och samlar data i 3 - 4 timmar, blir absolutnoggrannheten i rikets nät ungefär 1 centimeter. Om en tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare står stilla och samlar data i ca 24 timmar, blir absolutnoggrannheten i rikets nät ungefär 1 millimeter. 

En enfrekvens RTK-GPS-mottagare måste stå stilla och samla data under en längre tid än en tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare, för att uppnå samma absolutnoggrannhet i rikets nät.

Användningsområde

Efterberäkningsmetoden är mycket användbar för att mäta in fasta fixpunkter och till diverse specialstudier över landhöjningen och kontinentaldriften. 

En efterberäkning fungerar däremot inte till en produktionsinmätning, där det ofta krävs 500 - 1 000 inmätta punkter per mätdag. En efterberäkning fungerar ju inte heller vid en utsättning.

Smakar det så kostar det

Tyvärr är lantmäteriets rikstäckande efterberäkningstjänst dyr, ca 36 000 kr/år. Med en speciell (och svindyr) programvara (ca 60 000 kr), går det också att efterberäkna positionen mot en egen basstation. 

Fördelar med RTK-GPS och nätverks-RTK 

En RTK-GPS-mätning är helt okänslig för dimma. RTK-GPS-mottagaren håller alltid reda på norriktningen, så den blivande ritningen blir alltid rätt orienterad (mot gridnorr). 

Det behöver inte vara någon fri sikt mellan basstationen och rovern. Ta din rover och gå..., vilket kan spara otroligt mycket tid och pengar jämfört med alla traditionella optiska mätmetoder. 

En RTK-GPS har en fantastisk utvecklingspotential med bl.a. GALILEO, de nya NAVSTAR-GPS-signalerna och tröghetsnavigeringen. Om 10 år kan nog nästan all mätning utomhus utföras med en RTK-GPS-rover. 

Nätverks-RTK

Vid alla nätverks-RTK-mätningar, får rovern sin absoluta noggrannhet i rikets nät med ca 3 centimeter i sidled och ca 4 centimeter i höjdled - förutsatt en fixlösning (och en tillförlitlig geoidmodell). 

Då elimineras underhållsbehovet av gamla fixpunkter i terrängen, samt den tidskrävande sökningen efter gamla och svårfunna fixpunkter inför nya mätuppdrag. Dessutom behövs ingen egen basstation etableras, vilket spar tid och ger en ökad trygghet (en obevakad basstation kan ju lätt stjälas). 

Det är först med en s.k. nätverks-RTK-tjänst, som en professionell RTK-GPS-mottagare kommer till sin fulla rätt.

Inne i skogen

Om det räcker med en grövre positionering av några få mätobjekt, med krav på endast ca 50 centimeters garanterad mätnoggrannhet, kan en RTK-GPS-rover vara användbar även för mätningar inne i skogen.

Nackdelar med RTK-GPS och nätverks-RTK 

Samtliga här uppräknade nackdelar gäller också för en Hobby-GPS och en DGPS, även om dessa är betydligt mindre störningskänsliga än en RTK-GPS och en nätverks-RTK.

Tillgång på satelliter

Den största nackdelen med en RTK-GPS är det absoluta kravet på bärvågssignalmottagning från minst 5 satelliter (L1-bärvågssignaler + L2 bärvågssignaler) samtidigt. Uppfylls inte det kravet, så erhålls heller ingen positionsbestämning (varken någon fixlösning eller någon flytlösning) och där med basta! 

Under ca 1 - 2 timmar/dag finns det för få NAVSTAR-GPS-satelliter tillgängliga, för att överhuvudtaget kunna mäta med en RTK-GPS på en öppen mark (varken någon fixlösning eller någon flytlösning erhålls då). 

Inne i skogen

Inne i skogen försvinner gärna den svaga L2-bärvågssignalen från ca hälften av GPS-satelliterna. Då går det överhuvudtaget inte att mäta med en RTK-GPS, om det inte finns väldigt många NAVSTAR-GPS-satelliter uppe! Dessutom försämras oftast satellitgeometrin inne i skogen! Räkna inte med att kunna mäta med någon fixlösning inne i skogen, om du inte är beredd på att vänta i timmar vid varje mätpunkt. 

Rent mätteknisk fungerar däremot en DGPS-mottagare samt en hobby-GPS-mottagare ofta bra inne i skogen, även om mätnoggrannheten blir förhållandevis mycket låg.

Kombination av flera olika satellitsystem

Om RTK-GPS-mottagaren samtidigt kan nyttja signaler från både NAVSTAR-GPS och GLONASS-satelliter, finns det dock tillräckligt med satelliter tillgängliga dygnet runt på en öppen mark. Dock krävs minst två GLONASS-satelliter samtidigt, för att kunna nyttja både GLONASS och NAVSTAR-GPS. GLONASS-systemet har tyvärr gått knackigt på grund av ryssarnas svaga ekonomi, men nu håller GLONASS-systemet sakta på att ta fart igen - om de får loss pengar

Tyvärr övervakas GLONASS-satelliterna endast under ca 40 % av omloppstiden/varv (då de är nåbara från kontrollstationerna, som bara finns i f.d. Sovjetunionen). Då kan det dröja 5 - 6 timmar innan eventuella signalfel rättas till. Alla NAVSTAR-GPS-satelliter övervakas dock under ca 99,7 % av omloppstiden/varv från kontrollstationerna, som finns spridda runt hela ekvatorn. Eventuella signalfel kan därför snabbt upptäckas och rättas till. 

Det europeiska GALILEO-systemet beräknas först bli operativt runt år 2008. Då kommer många tvåfrekvens RTK-GPS-mottagare att kunna nyttja både det amerikanska NAVSTAR-GPS och det europeiska GALILEO-systemet. 

Satellithöjd

Ett annat problem är att de amerikanska NAVSTAR-GPS-satelliterna vänder redan vid 55 grader norr om ekvatorn (strax söder om Skåne), så alla NAVSTAR-GPS-satelliter återfinns bara på den södra halvan av den svenska himlen. GLONASS-satelliterna vänder vid 64 grader norr om ekvatorn (i höjd med Umeå) och GALILEO-satelliterna kommer att vända vid ca 57 grader norr om ekvatorn (i nivå med mellan Falkenberg och Varberg). Vid mätningar mot en norrvägg eller vid ett skogsbryn med skogen åt söder, faller ofta några satelliter bort.

Satellitgeometri

Mätnoggrannheten beror mycket på hur satellitgeometrin ser ut, d.v.s. var på himlen som de olika satelliterna finns och hur de står relativt varandra. Satellitgeometrin ändras kontinuerligt. För att uppnå den bästa mätnoggrannheten, bör satelliterna vara väl utspridda på himlen. 

Kan signalerna från NAVSTAR-GPS och GLONASS kombineras i RTK-GPS-mottagaren, förbättras oftast satellitgeometrin och därmed mätnoggrannheten. I framtiden kommer GALILEO-satelliterna att avsevärt förbättra satellitgeometrin för kombinerade NAVSTAR-GPS/GALILEO-RTK-GPS-mottagare.

Inne i skogen

Inne i skogen försvinner gärna några satelliter, vilket avsevärt försämrar satellitgeometrin och därmed mätnoggrannheten. Dessutom finns ju problemen med flervägsmätning (multipath) inne i skogen

Höjdmätning

Mätnoggrannheten i höjd är oftast ca 1,5 gånger sämre än mätnoggrannheten i sidled, samtidigt som en höjdmätning kräver tillgång till fler satelliter än en ren horisontal mätning. Detta förhållande gäller även vid positionsbestämningar med en hobby-GPS-mottagare och mätningar med en DGPS-mottagare. Mer om den praktiska mätnoggrannheten i fält kan du läsa här!

Multipath - flervägsmätning

Vid mätningar nära t.ex. en husvägg eller inne i skogen, kan en RTK-GPS-mottagare förväxla de satellitsignaler, som kommer direkt från satelliterna, från de satellitsignaler, som först studsat mot husväggen, taket eller träden, innan de nådde fram till RTK-GPS-antennen. Resultatet blir en klart sämre mätnoggrannhet nära byggnader, träd m.m. Oftast förloras fixlösningen och då erhålls bara en flytlösning

Om mätaren står stilla inne i skogen och mäter under ca 2 - 3 minuter med enbart en flytlösning, erhålls sällan en bättre precision än ca 0,5 meter i sidled och 0,7 meter i höjd. I undantagsfall med 9 - 12 satelliter, kan mätaren dock erhålla en s.k. fixlösning i en glesare skog - efter minst 5 - 10 minuter lång väntan! Kvaliteten på fixlösningen blir dock låg inne i skogen - enligt egna testmätningar!

Atmosfärsstörningar

Atmosfärsstörningar uppträder främst i jonosfären och beror ofta på soleruptioner och solstormar. Enstaka dagar kan det vara helt omöjligt att erhålla en vettig fixlösning. Då går det helt enkelt inte att mäta med en RTK-GPS eller en nätverks-RTK. Mycket norrsken är en god indikator på kraftiga atmosfärsstörningar. De flesta atmosfärsstörningarna är dock kortvariga (några få minuter) och snabbt övergående - med en tillfälligt sämre fixlösning eller enbart en flytlösning som följd!

Rent empiriskt, så har många mätare konstaterat att en nätverks-RTK är känsligare för atmosfärsstörningar än en RTK-GPS.

Kommunikation

Kommunikationen mellan basstationen och rovern sker antingen med en radiolänk eller en telemetrilänk. Avståndet mellan basstationen och rovern kallas för en baslinje. 

 

Radiolänk

Radiolänken består alltid av en radiosändare vid basstationen och en radiomottagare i rovern. 

 

Används en radiolänk med enkla standardantenner, blir baslinjens maximala längd under gynnsamma förhållanden ca 2 kilometer (utan några repeaters på strategiskt väl valda platser). Med en radiolänk kan en enda basstation i princip betjäna oändligt många rovers.

 

Förlänga baslinjen

Baslinjen kan för en relativ billig penning förlängas med en s.k. båtantenn vid basstationen, speciellt om båtantennen sitter högt upp. För att uppnå en maximal radioräckvidd, bör även roverns radiomottagare vara kopplad till en båtantenn - men då blir rovern ofta klumpig att hantera! 

Baslinjen kan även förlängas med hjälp av en eller flera repeaters på strategiskt väl valda platser. En repeater fångar upp och återutsänder signalerna från radiosändaren vid basstationen. 

Baslinjen kan dessutom förlängas genom en starkare radiosändare vid basstationen. En vanlig radiosändare har en uteffekt på 0,5 Watt. En starkare radiosändare än 0,5 Watt kräver dock en radiolicens från post och telestyrelsen. De tillåter inte någon radiosändare med en större uteffekt än 25 Watt. 

Undvik radioskuggor

Genom en högre radioantennhöjd och antingen en antennförstärkare eller en båtantenn på både basstationen och rovern, kan lokala radioskuggor undvikas i terrängen. Med en eller flera s.k. repeaters (på strategiskt väl valda platser) minskas också risken för lokala radioskuggor. En starkare radiosändare är också effektivt mot de otrevliga radioskuggorna.

Radioskuggorna uppkommer främst i en kraftigt kuperad terräng, där de huvudsakligen uppträder i svackorna bakom kullarna (sett från basstationen). 

Telemetrilänk

Vid en telemetrilänk används ett GSM-modem vid basstationen och ett GSM-modem vid rovern, där GSM-modemet vid rovern kan bestå av en vanlig GSM-telefon som kan skicka data. Dataöverföringen kan givetvis även ske via GPRS, 3G (WCDMA 2100) eller landsbygds-3G (CDMA 450).

I princip kan baslinjen bli hur lång som helst med ett GSM-modem (förutsatt en GSM-täckning hos både basstationen och rovern). I praktiken bör baslinjens maximala längd inte överstiga 10 kilometer vid mätningar med en traditionell RTK-GPS. Annars tar det olidligt lång tid att erhålla en fixlösning. Dessutom ökar risken för en s.k. falsk fixlösning, när längre baslinjer än 10 kilometer används. Med en nätverks-RTK kan baslinjen utan problem förlängas till ca 90 kilometer.

Router

Med en telemetrilänk, så kan en basstation normalt bara betjäna en rover åt gången. Med en s.k. router vid basstationen, kan dock flera rovers betjänas samtidigt. Ju fler kanaler som routern har, ju fler rovers kan betjänas samtidigt av basstationen.

Störningskänsliga datasamtal

Datasamtal via GSM (från rovern till basstationen eller vid en mätning med en nätverks-RTK) är mycket känsligare för störningar och små avbrott än ett vanligt talsamtal över GSM. Om datasamtalet bryts, så förloras alltid fixlösningen. Då är det bara att ringa upp igen och vackert invänta en ny fixlösning, innan själva mätningen åter kan fortsätta. 

Detta problem blir betydligt mindre om dataöverföringen sker via GPRS, 3G eller landsbygds 3G istället för GSM. 

Dålig GSM-täckning

Vid en dålig eller halvdålig GSM-täckning på mätplatsen, är det ofta bäst att mäta in basstationen med en nätverks-RTK (eller med en efterberäkning) och sedan köra en traditionell RTK-GPS-mätning med en radiolänk. GSM-signalerna följer dock terrängen bättre än radiosignalerna, varför risken för lokala radioskuggor nere i svackorna är betydligt större än risken för lokala GSM-skuggor. 

Med ett GSM-abonnemang från olika operatörer i kombination med en antennförstärkare, kan den praktiska GSM-täckningen avsevärt förbättras. 

Enligt ett preliminärt test i tidningen Ny teknik, kommer täckningen för landsbygds-3G att bli helt överlägsen både vanlig 3G och GPRS när väl landsbygds-3G är färdigutbyggt.

Alternativa mätmetoder

Vid svåra mottagningsförhållanden för både radio och GSM, finns ju alltid möjligheten till en efterberäkning, vilket är rätt så bökigt. En efterberäkning kräver antingen en svindyr programvara (kostar ca 60 000 kr) eller en dyr tjänst från Lantmäteriet (36 000 kr/år). 

Antenner för noggranna GPS-mätningar

Inledning

En GPS-antenn fångar upp GPS-signalerna i antennens fascentrum. Beroende på hur satelliternas momentana konfiguration, varierar fascentret i tre dimensioner. Variationer i fascentret kan också uppkomma, beroende på hur GPS-antennen är (horisontalt) vriden.

Notera att en tvåfrekvens RTK-GPS-antenn har ett fascentrum för L1-signalen och ett annat fascentrum för L2-signalen. En kombinerad tvåfrekvens RTK-GPS-antenn för både GLONASS och NAVSTAR-GPS, får följaktligen fyra olika fascentra.

Noggranna GPS-antenner

Noggranna (och dyra) GPS-antenner har en mycket god fascenterstabilitet (under 1 millimeter), vilket borgar för en hög mätnoggrannhet. Sådana GPS-antenner är därför lämpliga för diverse specialmätningar. Bra GPS-antenner är också bättre på att hantera flervägsmätningar.

En s.k. chokering-antenn har ett särdeles gott rykte - och ett pris där efter! Även en geodetisk antenn har ett bra rykte - och ett betydligt trevligare pris!

Enklare GPS-antenner

Sämre (och billiga) GPS-antenner har en betydligt sämre fascenterstabilitet. Dessa får då användas till sådana mätjobb, där en sämre mätnoggrannhet kan accepteras. 

Vikten avgör ofta GPS-antennens placering

Enklare antenner brukar vara lättare och smidigare än både geodetiska antenner och chokering-antenner. Därför monteras ofta de enklare antennerna på rovern och de mer avancerade antennerna monteras på basstationen. Ur mätningssynpunkt, vore det ofta bättre med en omvänd montering.

Slutsats

Genom att välja en bra GPS-antenn, kan mätnoggrannheten ofta förbättras. Detta gäller inte minst på sådana mätplatser, som har problem med flervägsmätningar. Naturligtvis sker en kontinuerlig utveckling och förbättring av GPS-antennerna. 

Sammanfattning RTK-GPS och nätverks-RTK

För författarens del är ofta den relativa höjden viktig. Då fungerar en RTK-GPS och en nätverks-RTK mycket bra på kanske 80 till 90 % av åkerarealen och den övriga öppna marken (bl.a. beroende på den aktuella satellittillgången och satellitgeometrin). 

Tyvärr är en RTK-GPS och en nätverks-RTK ofta helt värdelös inne i skogen, i alla slybeväxta diken och i slybeväxta odlingsrösen m.m., där det är problem med för få satelliter, en dålig satellitgeometri och flervägsmätningar (multipath), vilket sammantaget gör det svårt att erhålla en fixlösning där. 

Slutresultatet blir en oacceptabel dålig mätnoggrannhet på dessa mätplatser - speciellt i höjdled. Dessutom tar det olidligt lång tid att erhålla en fixlösning på dessa mätplatser. Här måste RTK-GPS-mätningen kompletteras med ett lämpligt traditionellt optisk mätinstrument, som t.ex. en totalstation.

Totalstation

Bakgrund

Totalstationen är en sammanslagning av vinkelmätaren (teodoliten) och den elektroniska avståndsmätaren (som utvecklades av Erik Bergstrand på Aga under 1940-talet). Den första totalstationen kom år 1971. År 1988 kom den första totalstationen med en automatisk prismalåsning (autolock) via ett aktivt prisma. År 1990 kom den första enmans totalstationen.

En totalstation mäter alltså vinklar och avstånd med en grym precision, även på ett lite större mätavstånd. Rådatan (från varje mätning) består alltid av en horisontalvinkel, en vertikalvinkel och en lutande längd. I kontrollenheten kan sedan rådatan vidareförädlas till bl.a. koordinater i ett lämpligt koordinatsystem, samt avståndet och riktningen till en utsättningspunkt eller en referenslinje

Specificerad mätnoggrannhet

Längdmätningen

Den specificerade mätnoggrannheten hos moderna totalstationers längdmätare, ligger ofta på ca 2 millimeter + 2 ppm. Det teoretiska längdmätningsfelet på en sträcka av 1 kilometer, blir då endast 4 millimeter. 

Den uppmätta längden korrigeras i kontrollenheten

I kontrollenheten korrigeras sedan den uppmätta rålängden med hänsyn till det aktuella lufttrycket, den aktuella torra lufttemperaturen och den aktuella luftfuktigheten (eller den aktuella daggpunkten). 

Vid varje uppstart av totalstationen, måste således det aktuella lufttrycket och den aktuella lufttemperaturen anges i kontrollenheten. När noggranna längdmätningar behövs, bör även den aktuella luftfuktigheten (eller den aktuella daggpunkten) anges vid varje uppstart av totalstationen.

Horisontalvinkeln och vertikalvinkeln

Den specificerade vinkelnoggrannheten (både horisontalvinkeln och vertikalvinkeln) hos en modern totalstation är ungefär en tusendels grad (0,001 grad), vilket teoretiskt ger ett vinkelrelaterat mätfel på knappt 2 centimeter/kilometer. 

Klassificerad vinkelnoggrannhet

Moderna totalstationer brukar delas in i noggrannhetsklasser, beroende på den specificerade vinkelnoggrannheten. De vanligaste noggrannhetsklasserna är 1" (0,3 milligon = 0,00028 grad), 2" (0,6 milligon = 0,00056 grad), 3" (0,9 milligon = 0,00083 grad) och 5" (1,5 milligon = 0,00139 grad), där 1 gon = 0,9 grad och 1" = 1/3600 grad = 1/4000 gon.

Längdmätningssätt

Prismalängdmätning

En traditionell längdmätning med en totalstation kräver alltid ett prisma (som vanligtvis sitter på en teleskopisk mätstång) eller en speciell reflextejp (som sätts fast på en vägg eller dylikt). 

Reflektorlös längdmätning

De nyaste totalstationerna kan även mäta in punkter utan ett prisma. Detta mätsätt kallas för en reflektorlös längdmätning eller en direktreflex mätning. Det finns t.o.m. totalstationer med en inbyggd koaxial laserpekare. Vid en reflektorlös längdmätning kan då mätaren rikta in totalstationen mot mätpunkten med hjälp av den synliga laserstrålen. Då slipper mätaren titta i okularet, för att kunna rikta in totalstationen mot mätpunkten. 

Den reflektorlösa längdmätningen kan fördubbla produktiviteten i många situationer. All reflektorlös längdmätning kräver en mätare, som står vid totalstationen. Pinnpojken blir då helt överflödig!

Tvåmans totalstationer

Bakgrund

Alla äldre totalstationer, samt en del nyare (men enklare) totalstationer, kräver två personer, en mätare vid totalstationen och en pinnpojke vid prismat. 

Inför varje inmätning av en punkt, måste pinnpojken vrida prismat mot totalstationen. Annars går det inte att prismamäta med en totalstation. Sedan får mätaren manuellt rikta in totalstationen exakt mot det rättvridna prismat genom att titta i okularet. Därefter mäts punkten in och lagras i kontrollenheten. Nu kan pinnpojken gå vidare till nästa punkt, där hela proceduren börjar om. 

Kommunikation i mätteamet

Det krävs en fungerande kommunikation mellan mätaren och pinnpojken, för att undvika missförstånd och felaktiga mätpunkter. Tyvärr är det svårt för mätaren att upptäcka eventuella felaktiga mätpunkter framför datorn. Sedan är det ännu svårare för mätaren att korrekt korrigera dessa felaktiga mätpunkter framför datorn! 

Kommunikationen mellan mätaren och pinnpojken bör ske genom en walkie-talkie eller en jaktradio. Då slipper både mätaren och pinnpojken skrika sig hesa vid ett lite längre mätavstånd. Notera att både en walkie-talkie och en jaktradio kan (beroende på frekvens) kräva en radiolicens från post och telestyrelsen.

Traditionella tvåmans totalstationer

En traditionell tvåmans totalstation har alltid dubbla justerskruvar med en spärr och ett ändläge. En spärrad skruv för grovinriktning och en skruv med ändläge för fininriktning. Spärren på grovjusteringsskruven behövs för att mätaren inte ska komma åt (och vrida på) grovjusteringsskruven av misstag. 

Ändlägena försinkar mätningen

Tyvärr tenderar ändlägena på finjusteringsskruven att titt som tätt vara i vägen för mätaren. När ändläget på finjusteringsskruven uppnås, får mätaren först lossa spärren på grovjusteringsskruven. Med grovjusteringsskruven måste sedan mätaren vrida totalstationen en liten bit förbi det rättvända prismat. Därefter får mätaren spärra grovjusteringsskruven igen, innan mätaren kan vrida tillbaks totalstationen mot prismat med finjusteringsskruven. Justerskruvar med ändlägen och spärrar kan vara riktigt enerverande för mätaren.

Servo

En mer avancerad tvåmans totalstation har en s.k. servomotor och ändlösa justerskruvar. Servomotorn vrider totalstationen snabbare, när mätaren vrider minst några varv åt gången på den ändlösa justeringsskruven. Därmed försvinner behovet av den snabba justeringsskruven med en spärr. Vrider mätaren bara lite lätt på den ändlösa justeringsskruven, vrids totalstationen lika långsamt som med en motsvarande vridning på den traditionella finjusteringsskruven med ändläget. Justeringsskruvarnas vridmotstånd minskas också med en servomotor. 

En viss produktivitetsökning

En servoutrustad totalstation ökar produktiviteten med ca 30 %, jämfört med en traditionell tvåmans totalstation. Dessutom försvinner alla bekymren med spärrar och ändlägen på justerskruvarna. 

Autolock

En riktigt avancerad tvåmans totalstation har, utöver en servomotor, också en automatisk prismalåsning (autolock). Den autolockutrustade totalstationen hittar då prismat automatiskt vid en prismasökning. När prismat väl är funnet, låser den autolockutrustade totalstationen exakt på prismat och följer sedan prismats alla rörelser mycket exakt (förutsatt en fri sikt mellan totalstationen och prismat). Mätaren behöver alltså inte längre rikta in totalstationen exakt mot prismat, genom att sikta i okularet. 

Hygglig produktivitet

En autolockutrustad totalstation ökar produktiviteten med ca 20 %, jämfört med enbart en servoutrustad totalstation. Jämfört med en traditionell tvåmans totalstation, så ökas produktiviteten med ca 56 %.

Vanligt prisma

Om ett vanligt prisma används, måste alltid prismat vara rättvänt mot totalstationen - även vid pinnpojkens förflyttning mellan de olika mätpunkterna! Annars förloras prismalåsningen! När prismalåsningen väl har förlorats, måste en ny prismasökning utföras - innan nästa prismamätning kan genomföras!

Rundprisma 

För att pinnpojken inte ska behöva lägga ner energi på att hela tiden rikta in prismat mot totalstationen, kan ett s.k. rundprisma användas. Rundprismor har prismorna riktade åt alla håll, så att prismalåsning kan ske oberoende av hur prismat är vridet i horisontalled. Rundprismor är mycket bekväma för både mätaren och pinnpojken.

Vinkelhastighet

En autolockutrustad totalstation kan inte behålla prismalåsningen, när prismats vinkelhastighet (räknad från totalstationen) blir alltför hög. Detta gäller både horisontalvinkelhastigheten och vertikalvinkelhastigheten. Vid korta avstånd (max 20 - 30 meter) mellan prismat och totalstationen, måste pinnpojken därför sakta ner transportfarten ordentligt, för att totalstationen ska hinna följa det låsta prismat. Ju kortare avstånd mellan prismat och totalstationen, ju långsammare fart erfordras av pinnpojken.

Aktivt prisma

Med en s.k. tracker placerad strax under prismat, så blir prismat aktivt. Då söker (och låser) den autolockutrustade totalstationen enbart på trackern. Därmed försvinner risken helt att den trackersökande och autolockutrustade totalstationen låser på helt andra föremål än den avsedda trackern, som t.ex. vägskyltar och reflextape. 

Olika trackerkanaler

För att förhindra att totalstationen av misstag låser på fel tracker, kan mätaren ibland välja mellan fyra inställningsbara trackerkanaler (på både trackern och totalstationen). Totalstationen kan bara låsa på trackers, som har samma inställda trackerkanal som totalstationen. 

Det finns vissa trackers till vanliga prismor och helt andra trackers till rundprismor. Till båda trackertyperna finns det trackers med en extra lång räckvidd och fyra inställningsbara trackerkanaler att välja mellan.

Nackdelar

Tyvärr kräver trackern en strömförsörjning för att fungera. Får trackern batteritorsk, blir den trackersökande och autolockutrustade totalstationen tillfälligt degraderad till en vanlig servoutrustad totalstation. När solen står lågt på himlen och nästan rakt bakom trackern (sett från totalstationen), kan solen kortvarigt (5 - 15 minuter) slå ut trackern till det lilla rundprismat. 

Trimble rules

Det finns endast två serier totalstationer på marknaden som fullt ut kan utnyttja den stora fördelen med de aktiva prismorna, nämligen Trimble 5600-serien (f.d. Geodimeter 600-serien) och Trimble ATS. Tekniken bakom de aktiva prismorna har ytterligare förfinats i både den nya revolutionerande Trimble S6-serien och den nya revolutionerande Trimble SPS700, med bl.a. 8 olika trackerkanaler att välja mellan. Aktiva rundprismor kommer till sin fulla rätt vid all prismamätning med en enmans totalstation.

Enmans totalstationer

Den mest avancerade totalstationen är helt fjärrstyrd (robotiserade) via en radiolänk eller en blåtandskommunikation. Då krävs bara en mätare som går med prismat (s.k. enmans totalstation). 

Hög produktivitet

Med en enmans totalstation ökar produktiviteten med ca 30 %, jämfört med en avancerad tvåmans totalstation - med både en servomotor och en automatisk prismalåsning (autolock)! Jämfört med en servoutrustad tvåmans totalstation utan en automatisk prismalåsning (autolock), ökar produktiviteten med ca 56 %. Jämfört med en traditionell tvåmans totalstation, så fördubblas ofta produktiviteten med en enmans totalstation.

Fullt utrustad

Alla enmans totalstationer har en automatisk prismalåsning (autolock), två ändlösa justerskruvar och en inbyggd servomotor. På enmans totalstationer används de ändlösa justerskruvarna främst vid reflektorlösa längdmätningar och vid stationsetableringar

Ofta används ett s.k. rundprisma, för att mätaren inte ska behöva lägga ner energi på att hela tiden rikta in prismat mot totalstationen

Tracker och rundprisma rules

Med en icke trackersökande enmans totalstation, är det dock svårt att upptäcka när totalstationen låser på t.ex. vägskyltar och reflextape, istället för det avsedda rundprismat. Därför är det extra skönt att ha en trackersökande enmans totalstation, som garanterat bara låser på trackern till rundprismat! Systemet med aktiva rundprismor kommer till sin fulla rätt vid all prismamätning med en trackersökande enmans totalstation.

Tips

Med en liten handkikare (typ 10 X 25) kan mätaren snabbt upptäcka på långt håll, om sin enmans totalstation skulle hitta på hyss, istället för att låsa på det avsedda prismat. En liten handkikare är också användbar, för att upptäcka siktluckor inne i skogen

Fördelar

Med en enmans totalstation, håller så att säga mätaren i måttbandets båda ändar samtidigt. Det är en stor fördel rent mätningsmässigt, då risken för ett missförstånd mellan mätaren och pinnpojken helt elimineras. Det var just därför som författaren köpte en enmans totalstation. Dessutom fördubblas ofta mäteffektiviteten med en enmans totalstation, jämfört med en traditionell tvåmans totalstation. 

Nackdelar

En mätare har bara två händer att bära med, men en mätare + pinnpojk har totalt fyra händer att bära med. Det kan innebära att den ensamma mätaren ibland får gå två gånger, t.ex. vid ett totalstationsflytt. Dessutom kan det bli ensamt vid rasterna.

Den praktiska skillnaden 

I princip blir inte mätnoggrannheten så mycket bättre en enmans totalstation, jämfört med en traditionell tvåmans totalstation. Den stora vinsten ligger istället i en fördubblad produktivitet, en ökad mätsäkerhet, en ökad smidighet och frigörandet av pinnpojken. Att mätaren "samtidigt kan hålla i båda ändarna på måttbandet", är ju också mycket värdefullt.

Hur god den praktiska mätnoggrannheten blir med en traditionell tvåmans totalstation, beror mest på hur noggrant mätaren lyckas rikta in totalstationen mot prismat, hur noggrant pinnpojken håller prismat i lod och på rätt plats, samt hur bra kommunikationen fungerar mellan mätaren och pinnpojken. 

Totalstationens olika mätlägen och cirkellägen

Inledning

En modern enmans totalstation har i princip fyra olika mätlägen, alla med helt olika mätnoggrannheter och mättider. De fyra olika mätlägena är tracking, snabb standardmätning, standardmätning och precisionsmätning (D-streck). Valet av lämpligt mätläge påverkar främst mätnoggrannheten för den inmätta längden. 

Vinkelnoggrannheten beror mer på om mätningen görs i ett eller två cirkellägen. Alla totalstationer kan vid behov mäta in en punkt i två cirkellägen.

Tracking

I trackingläget mäter totalstationen kontinuerligt avståndet, men lagrar endast observationer på mätarens kommando. Mättiden är ca 0,4 sekunder per mätning och kontrollenheten uppdateras hela tiden. Som enda mätläge, fungerar trackingläget bra mot rörliga mål. 

Längdnoggrannheten blir relativt låg (för att vara en totalstation), men den tredimensionella mätnoggrannheten är fortfarande helt överlägsen en RTK-GPS - enligt egna tester! Den specificerade längnoggrannheten mot ett prisma är ca 5 millimeter + 2 ppm. 

Tillämpningar

Trackingläget är standardvalet vid en vanlig utsättning och en vanlig inmätning med en enmans totalstation, där produktionskravet är högt ställt. Inmätningen och utsättningen mot en referenslinje fungerar i praktiken endast i trackingläget. Då kan mätaren även gå spikrakt i en besvärlig terräng, utan att kunna se referenslinjens ändpunkter - när mätaren mäter in för en terrängmodell!

Snabb kontrollenhet

Trackingläget kräver dock en snabb kontrollenhet för att komma till sin fulla rätt, åtminstone om mätaren kontinuerligt vill se uppdaterade koordinater eller uppdaterade avstånd och riktningar till en referenslinje eller en utsättningspunkt (utan att behöva gå i en långsam processionshastighet). 

Snabb standardmätning

I det snabba standardmätningsläget gör totalstationen tre längdmätningar på mätarens kommando. Kontrollenheten räknar sedan ut ett medelvärde, som därefter lagras i kontrollenheten. Mättiden blir ca 1,3 sekunder per mätning. 

Den specificerade längdnoggrannheten mot ett prisma blir ca 3 millimeter + 2 ppm. För att uppnå denna höga mätnoggrannhet, måste prismat vara helt stilla under själva mätningen. En vindby kan rycka tag i prismat under en snabb standardmätning, om prismat är monterad på en prismastång som hålls på fri hand. 

Långsam kontrollenhet

Vid en produktionsinmätning med en långsam kontrollenhet, fungerar ofta det snabba standardmätningsläget bättre än trackingläget.

Standardmätning

I det vanliga standardmätningsläget gör totalstationen tio längdmätningar på mätarens kommando. Kontrollenheten räknar sedan ut ett medelvärde, som därefter lagras i kontrollenheten. Mättiden blir ca 3 sekunder per mätning. 

Den specificerade längdnoggrannheten mot ett prisma blir ca 2 millimeter + 2 ppm. För att uppnå denna höga mätnoggrannhet, måste prismat vara helt stilla under mätningen. En vindby kan rycka tag i prismat under en standardmätning, om prismat är monterad på en prismastång som hålls på fri hand. 

Användningsområde

Stationsetableringarna (både känd station och fri station) kan med fördel göras i standardmätningsläget, då en hög mätnoggrannhet är ett måste. För en ren produktionsinmätning tar mätning i standardmätningsläget lite väl lång tid. 

Övrigt

Standardmätningsläget kan ibland upplevas som segt för den mätare, som är van vid mätning i trackingläget och det snabba standardmätningsläget.

Precisionsmätning

I det noggranna precisionsmätningsläget (D-streck) kan totalstationen göra 10 - 99 längdmätningar mot en punkt (i ett cirkelläge). Längdmätningarna måste avbrytas manuellt av mätaren. Kontrollenheten räknar sedan ut ett medelvärde, som lagras i kontrollenheten. Mättiden blir ca 3,5 - 30 sekunder per mätning, beroende på när mätningen avbryts. 

Den specificerade längdnoggrannheten mot ett prisma blir ca 2 millimeter + 2 ppm. Prismat måste vara helt stilla under hela precisionsmätningen, för att få ett bra resultat. En vindby kan rycka tag i prismat under en precisionsmätning, om prismat är monterad på en prismastång som hålls på fri hand. 

Prismat eller reflextapen bör vara fast monterad vid längre precisionsmätningar i dubbla cirkellägen. Precisionsmätningsläget används bara när det är extremt höga krav på mätnoggrannheten. För en ren produktionsmätning tar precisionsmätningsläget alldeles för lång tid.

Två cirkellägen

Alla totalstationer kan mäta i två olika cirkellägen, cirkelläge 1 och cirkelläge 2. För all produktionsmätning används bara cirkelläge 1. Då kan små vinkelfel uppkomma, som beror på fel i gradering och excentricitet i totalstationens horisontalcirkel och höjdcirkel, lodlinjefel, kollimationsfel och kippaxelfel, samt fel i trefotens optiska lod. Trackingläget och det snabba standardmätningsläget fungerar bara i cirkelläge 1.

Hög mätnoggrannhet

För en riktig noggrann mätning i mätlägena standardmätning och precisionsmätning, kan en mätpunkt mätas in i både cirkelläge 1 och cirkelläge 2. Sedan räknar kontrollenheten ut ett medelvärde och lagrar detta. 

Fördelen med att mäta i bägge cirkellägena, är att många potentiella felkällor helt elimineras. Det är bara eventuella fel i trefotens optiska lod, som inte går att åtgärda genom att mäta i dubbla cirkellägen. 

Övrigt

Mätning med dubbla cirkellägen kräver i praktiken att prismat är fast monterad på ett stativ eller dylikt. Mätning i dubbla cirkellägen tar alldeles för lång tid för en ren produktionsinmätning.

Kalibrering av kollimationen och kippaxeln

För att förbättra vinkelnoggrannheten vid mätningar i enbart cirkelläge 1 (d.v.s. normala mätningar), bör mätaren genomföra en kalibrering av både kollimationen (som enbart påverkar horisontalvinkelns noggrannhet) och kippaxeln (som enbart påverkar vertikalvinkelns noggrannhet). För den som har ett aktivt prisma, bör även inriktningsnoggrannheten mot det aktiva prismat kalibreras. 

Alla dessa kalibreringar bör göras relativt ofta, helst varje mätdag. Tyvärr slarvar många mätare med att utföra dessa kalibreringar. 

Så här går kalibreringarna till

I korthet går kalibreringarna till så att mätaren manuellt riktar in totalstationen mot ett önskat kontrollobjekt (som givetvis måste vara helt stilla). När mätaren väl har riktat in totalstationen mot kontrollobjektet, görs en registrering av den uppmätta vinkeln i kontrollenheten. Inför varje ny registrering av den uppmätta vinkeln, måste dock en ny inriktning ske mot den aktuella mätpunkten - annars blir ju kalibreringen bara pannkaka! Kalibreringen av inriktningsnoggrannheten är dock mer automatiserad. För varje kalibrering, bör det vara 3 - 4 inriktningar mot kontrollpunkten - i varje cirkelläge!

Vid kalibreringen av både kollimationen och inriktningsnoggrannheten, bör avståndet till kontrollobjektet vara minst 100 meter. Vid kalibreringen av kippaxeln, bör kontrollobjektet vara minst 15 grader från horisontalplanet. Vid kalibreringen av kippaxeln, spelar det ingen roll om kontrollobjektet är minst 15 grader ovanför horisontalplanet eller minst 15 grader under horisontalplanet. 

Fördelar med en totalstation

Med en totalstation kan mätaren i princip mäta överallt, bara det finns en fri sikt mellan totalstationen och prismat. Mätaren kan mäta när som helst på dygnet och är helt opåverkad av satellittillgången, jonosfärstörningarna och flervägsmätningarna

Hög mätnoggrannhet

Enligt författarens egna tester, så blir mätningen betydligt noggrannare med en totalstation än med en RTK-GPS och en nätverks-RTK - inte minst i höjd samt för all mätning inne i skogen

Reflektorlös längdmätning

Den reflektorlösa längdmätningen gör det möjligt att snabbt mäta in skorstenar och andra svåråtkomliga objekt - utan att riskera liv och lem!

Nackdelar med en totalstation

Totalstationen har tyvärr några stora nackdelar gentemot en RTK-GPS och en nätverks-RTK

Fri sikt

Det krävs ovillkorligen en fri sikt mellan totalstationen och prismat, även om det räcker med en 3 - 4 centimeter bred siktlucka. 

Saknas denna siktlucka, måste antingen totalstationen flyttas (med en viss försiktighet), prismahöjden ändras eller den fria sikten ordnas genom att eliminera sikthindret (t.ex. såga ner en skymmande gren eller buske) - därmed basta! 

Exempel på skymd sikt
Kuperad mark

En mätning på en kuperad mark kräver fler totalstationsflytt än en motsvarande mätning på en plan mark. Prismat syns inte alltid bakom höjderna.

Dimma

Totalstationen ser inte prismat i en tät dimma - om avståndet till prismat är för stort. Ju tätare dimma är, desto kortare mätavstånd kan tillåtas.

Ändra prismahöjden 

När prismahöjden ändras i verkligheten (för att erhålla en fri sikt mellan totalstationen och prismat), är det av yttersta vikt att den nya prismahöjden också ändras i kontrollenheten - innan mätningen sker. 

Alternativt kan den nya prismahöjden noteras i anteckningsboken, tillsammans med det aktuella punktnumret - där den nya prismahöjden börjar gälla! Det är helt hopplöst att försöka korrigera en felaktig prismahöjd i efterhand, utan en tillgång till både den nya prismahöjden och det aktuella punktnumret - där den nya prismahöjden börjar gälla!

Utvecklingspotential

Författaren ser fram emot den dagen då den första prismastången med en automatisk uppdatering av prismahöjden kommer ut på marknaden, gärna i kombination med en automatisk lutningssensor. 

Både prismahöjden och prismastångens lutning måste givetvis automatiskt föras över till kontrollenheten, vid varje mättillfälle. En sådan prismastång borde ju gå att utveckla nu, när blåtandskommunikationen och laserlängdmätarna kommer allt mer.

Reflektorlös längdmätning

Det absoluta kravet på en fri sikt mellan totalstationen och den önskade mätpunkten, gäller givetvis också för den reflektorslösa längdmätningen.

Reflektorlös längdmätning

Det maximala mätavståndet beror på reflexionen

Det maximala mätavståndet från totalstationen, där en reflektorlös längdmätning fungerar, varierar mycket beroende på mätobjektets färg och reflexion. Svarta mätobjekt ger tyvärr en dålig reflexion. Det maximala mätavståndet med en reflektorlös längdmätning blir därför mycket kort mot alla svarta mätobjekt. Vita mätobjekt ger däremot en god reflexion. Det maximala mätavståndet med en reflektorlös längdmätning blir därför betydligt längre mot alla vita mätobjekt.

Två standarder för att ange räckvidden

För att specificera hur långt en totalstation kan mäta med en reflektorlös längdmätning, används en industristandard (Kodak grey card med 18 % reflexion). De uppgivna maximala mätlängderna mot ett Kodak grey card hamnar på 60 - 300 meter, beroende på totalstationsmodell. 

Det finns även en annan industristandard (Kodak grey card med 90 % reflexion). De uppgivna maximala mätlängderna mot ett sådant Kodak grey card blir då ca 80 - 800 meter

Längdmätningens noggrannhet

Oavsett mätläge, så blir mätnoggrannheten något sämre med en reflektorlös längdmätning, jämfört med en motsvarande traditionell längdmätning mot ett prisma! Det innebär i praktiken en längdmätningsnoggrannhet på ca 3 millimeter + 3 ppm. 

Laserpekaren

Det finns totalstationer med en inbyggd koaxial laserpekare. Vid en reflektorlös längdmätning kan då mätaren rikta in totalstationen mot mätpunkten med hjälp av den synliga laserstrålen. Då slipper mätaren titta i okularet, för att kunna rikta in totalstationen mot mätpunkten. 

Laserpekaren syns inte mot solbelysta föremål, varför inriktningen mot mätpunkten får ske genom att titta i okularet - precis som för längdmätningen med alla tvåmans totalstationer utan en automatisk prismalåsning (autolock)!

Fri sikt

Det absoluta kravet på en fri sikt mellan totalstationen och den önskade mätpunkten, gäller givetvis också för den reflektorslösa längdmätningen. 

Avståndsintervallet garanterar att rätt mätobjekt mäts in

För att erhålla korrekta koordinater vid en reflektorlös längdmätning mot en delvis skymd mätpunkt, kan ett avståndsintervall ställas in. Då mäter totalstationen bara den lutande längden mot sådana mätobjekt, som ligger inom det angivna avståndsintervallet. Avståndsintervallet förhindrar då en lagring av felaktiga mätpunkter i kontrollenheten, som har mätts in genom en reflektorlös längdmätning. 

Avståndsintervallet kan ju också ställas in, så att totalstationen bara gör en reflektorlös längdmätning mot det mätobjekt, som bitvis skymmer ett bakomliggande objekt (som inte ska mätas in). Då slipper mätaren riskera att av misstag mäta in det bakomliggande och delvis skymda objektet, när vederbörande bara avser att mäta in det framförvarande mätobjektet.

Kalibrering av horisontalvinkel och position

Totalstationen mäter förvisso horisontalvinklarna mycket noggrant. Ett pris för denna höga horisontala vinkelnoggrannhet, är att totalstationen inte vet åt vilket håll den mäter eller var den står. Efter varje totalstationsflytt måste därför både totalstationens position och horisontalvinkeln noggrant kalibreras, innan själva mätningen kan påbörjas. 

Kalibrering av horisontalvinkeln och stationskoordinaterna kan ske på två olika sätt, antingen genom att mäta in 2 - 10 kända referensobjekt (en fri station), eller genom att ställa sig på en känd punkt och mäta in ett eller flera bakobjekt med kända koordinater (en känd station). En känd station brukar ge en noggrannare kalibrering av horisontalvinkeln än en fri station.

En dålig kalibrering av både horisontalvinkeln och stationspunktens koordinater, försämrar mätnoggrannheten för hela den återstående mätningen på mätområdet. De absoluta mätfelen blir bara större och större, ju fler totalstationsflytt som görs efter den dåliga horisontalvinkelkalibreringen. Skit in ger ännu mer skit ut! Totalstationsflytten är dessvärre en riktig akilleshäl för totalstationen.

Refraktion

En ljusstråle bryts när den passerar gränsen mellan två luftskikt med olika lufttryck eller temperatur. Detta optiska fenomen kallas på fackspråk för refraktion. Kortvågigt (blått) ljus bryts mer än långvågigt (rött) ljus. Refraktionen försämrar mätnoggrannheten för både längdmätning och vinkelmätning hos alla optiska mätinstrument. Mätfelen blir extra stora vid långa mätavstånd.

Refraktionen beror alltså på att ljusstrålen bryts när den passerar genom två luftskikt med olika densitet (läs olika lufttryck eller temperatur). Dessa besvärliga mätförhållanden inträffar under varma soliga dagar med mycket luftdaller. De kan också inträffa vid klara kalla nätter, samt vid mätningar över större vattenytor.

Normalt sett är refraktion inget större problem i mätningssammanhang, men ibland kan höjdangivelserna bli hårresande stora. Extrema höjdskillnader på ca 60 centimeter har observerats mellan olika mätningar mot en och samma mätpunkt - enligt noggranna tyska undersökningar! Den aktuella mätpunkten låg då på ca 500 meters avstånd från totalstationen. Både totalstationen och prismat var mycket nära marken (både instrumenthöjden och prismahöjden var ca 0,5 meter). 

Refraktionen minimeras genom en hög instrumenthöjd (gärna 1,8 meter på ett extra stabilt stativ), samt att inte mäta på större avstånd än 150 - 200 meter. Dessutom ska temperaturen och lufttrycket alltid anges så noggrant som möjligt i kontrollenheten vid stationsetableringen.

Fallolyckor

En totalstation är ett mekaniskt mycket ömtåligt precisionsmätningsinstrument - och skall behandlas där efter! Vid alla totalstationsflytt måste totalstationen först sättas ner försiktigt i den skyddade totalstationsväskan, innan totalstationen kan transporteras till nästa stationspunkt. Sedan får totalstationen försiktigt tas upp ur den skyddade totalstationsväskan och försiktigt sättas upp på ett stativ. 

Åker totalstationen ner i backen genom en s.k. fallolycka, får totalstationen helt enkelt kasseras. En ny enmans totalstation, utan en kontrollenhet, ett stativ, ett rundprisma och en prismastång, kostar trots allt runt 200 000 - 300 000 kr! Motsvarande priser för en tvåmans totalstation ligger på ca 70 000 - 150 000 kr.

Så här flyttas och etableras en totalstation

Fri station

Vid alla totalstationsflytt måste först 2 - 10 nya referensobjekt skapas och noggrant mätas in (så vida de inte redan är inmätta). För att kunna uppnå den högsta horisontala vinkelnoggrannheten på den kommande stationsetableringen, bör så många referensobjekt som möjligt mätas in - i alla tre dimensioner! Alla referensobjekt bör dessutom vara minst 100 meter från totalstationens nästa uppställningsplats. 

Sedan monteras totalstationens försiktigt ner, flyttas till nästa uppställningsplats och monteras försiktigt upp igen på stativet. Därefter måste totalstationens kompensator kalibreras, innan totalstationen slutligen kan etableras genom att mäta in 2 - 10 kända referensobjekt (som givetvis måste vara synliga från totalstationen). Här bör varje referensobjekt helst ligga minst 100 meter från totalstationen och i ca 90 graders vinkel från varandra (sett från totalstationen). Pust! Nu kan mätningen äntligen fortsätta, men hela proceduren kring totalstationsflyttet har nog tagit mellan en halvtimme och en timme i anspråk. 

Så här många referensobjekt behövs

Om enbart horisontalvinklarna mäts in, krävs minst tre referensobjekt för att genomföra en fri stationsetablering. Alla referensobjekt måste ha kända horisontala koordinater. Stationspunktens höjd kan sedan kalibreras separat mot en eller flera höjdfixar

Mäts även vertikalvinkeln och den lutande längden in samtidigt som horisontalvinkeln, räcker det med minst två referensobjekt för att genomföra en fri stationsetablering. Dock måste alla referensobjekt då ha både kända höjder och kända horisontala koordinater - i samma koordinatsystem! 

Ju fler referensobjekt, desto noggrannare stationsetablering - enligt egna tester!

Känd station

Det vanliga sättet

Om både den tänkta stationspunkten och den tänkta uppställningspunkten för bakobjektet har kända koordinater (där båda parpunkterna är tydligt markerade i marken med var sin skruv, referensrör, pinne etc.), kan totalstationen ställas upp rakt ovanför den markerade stationspunkten och bakobjekt ställs upp rakt ovanför den markerade punkten för det tänkta bakobjektet. Prismat bör helst placeras på ett stativ, för att uppnå det bästa resultatet på den kända stationsetableringen. 

Signalhöjden och instrumenthöjden mäts upp med en instrumenthöjdmätare och skrivs in i kontrollenheten. Sedan måste totalstationens kompensator kalibreras. Därefter mäts det nya bakobjektet in från den nya stationen med programmet "känd station" (det krävs givetvis en fri sikt mellan totalstationen och prismat).

Eftersom koordinaterna för dessa två punkter redan är kända, erhålls en korrekt horisontalvinkel. Höjden erhålls ifrån den nya stationspunkten, om den höjden nu är känd. 

Det går även att mäta in flera kända bakobjekt. Sedan utför kontrollenheten en medelvärdesbildning, för att kunna beräkna en korrekt horisontalvinkel.

Specialvariant nr 1

En specialvariant på en känd station, är att låta bakobjekt och totalstation skifta plats. Sedan mäts det nya bakobjektet (den gamla stationen) in från den nya stationen (det gamla bakobjektet) med programmet "känd station". Inför nästa totalstationsflytt, mäts ett nytt bakobjekt in på det vanliga sättet. 

Metoden fungerar bra vid mätningar inne i skogen, genom smala siktkorridorer etc. - förutsatt att avståndet mellan bakobjektet och stationen är minst ca 100 meter! Metoden fungerar också bra för ett s.k. polygontåg.

Parpunkterna måste dock markeras noggrant i terrängen först, innan totalstationen och prismat byter plats med varandra. Det absolut bästa är om parpunkterna markeras innan totalstationen och prismat sattes upp från början.

Specialvariant nr 2

Ännu en specialvariant på en känd station är att mäta in stationen och bakobjektet med en nätverks-RTK (eller en RTK-GPS, med den egna basstationen uppställd på en känd punkt). Då erhålls noggranna koordinater i rikets nät för de båda parpunkterna. Vid nästa totalstationsflytt, räcker det att mäta in den nya stationspunkten med en nätverks RTK eller en RTK-GPS och behålla det gamla bakobjektet. Sedan mäts bakobjektet in med totalstationen och horisontalvinkeln beräknas som vanligt. 

Fördelen med denna metod är att totalstationsflytten då kan göras i större steg än vanligt. Nackdelen är att metoden fungerar bara på en öppen mark, när det är tillräckligt med tillgängliga satelliter samt inga problem med flervägsmätningar och atmosfärsstörningar. Dessutom bör även bakobjektet monteras på ett stabilt stativ, för att uppnå det bästa resultatet på totalstationsetableringen. 

Slutligen kan GPS-höjden strula till det! Men höjden kan kalibreras genom att en ny höjdfix sätts ut och mäts in - innan totalstationsflyttet! Saknas lämpliga stenar och block, kan t.ex. en Ingvar-Nilsson flyttometer vara mycket användbar som en tillfällig höjdfix.

Höjdkalibrering med en totalstation

Om ett eller flera bakobjekt saknar kända höjdvärden, är det en god ide att först kalibrera totalstationens horisontalvinkel genom en fri station eller en känd station. Därefter kan det vara lämpligt att kalibrera stationspunktens höjd mot en känd höjdfix med ett särskilt program "Z-station". Olika kontrollenheter har olika namn på programmet "Z-station", men principen är alltid den samma.

Princip

Först måste höjdfixens horisontala koordinater mätas in. Sedan får en ny fixpunkt skapas i kontrollenheten. Den nya punkten får höjdfixens nyligen inmätta horisontala koordinater samt höjdfixens gamla välkända höjd. 

Därefter startas programmet "Z-station" i kontrollenheten och både instrumenthöjden och signalhöjden skrivs in. Sedan är det bara att mäta in höjdfixen igen och ange att det var den nykonstruerade fixpunkten som mättes in. Då räknar kontrollenheten ut stationspunktens "nya" höjd. 

Medelvärdesberäkning

I programmet "Z-station" finns oftast möjlighet att mäta in en eller flera höjdfixar, för att sedan göra en medelvärdesberäkning av stationspunktens "nya" höjd. 

Användningsområde

Denna höjdkalibrering är användbar om vissa referensobjekt saknar kända höjdvärden. Den är också användbar för att återanvända ett gammalt höjdsystem vid en ny projektering, t.ex. om en ny täckdikningsplan ska göras på ett fält som redan har en gammal täckdikningsplan, eller om en ny våtmark ska anläggas i ett gammalt sänkningsföretag.

Alternativa metoder

Notera att höjderna kan även justeras i efterhand med ett bra CAD-program, t.ex. TopoCAD. Vid urvalet av de punkter som ska justeras i höjdled, är det dock lätt att missa en del punkter eller få med några punkter för mycket. Därför är det säkrast att redan i fält justera höjderna genom programmet "Z-station".

Andra metoder för att erhålla en fri sikt

Ändra prismahöjden

Den skymda sikten mellan totalstationen och prismat kan ibland åtgärdas genom att justera prismahöjden, för att sedan kunna mäta över eller under själva sikthindret. Det räcker ju med en ca 3 - 4 centimeter bred siktlucka för att kunna mäta in en punkt, bara ljusstrålen från totalstationen träffar rätt på prismat. 

Glöm inte att stansa in den nya prismahöjden i kontrollenheten - innan mätningen sker! Felaktiga prismahöjder är hopplösa att korrigera i efterhand - utan en tillgång till mycket noggranna fältanteckningar! Fältanteckningarna måste då innehålla både den nya prismahöjden och det aktuella punktnumret - där den nya prismahöjden börjar gälla!

Ta bort sikthindret

Det går också bra att fysikt ta bort sikthindret, t.ex. hugga bort en skymmande gren eller en skymmande slybuske. Att fysikt ta bort sikthindret är dock en mindre lämplig metod, om själva sikthindret utgörs av t.ex. ett boningshus... för då är det nog ett tidskrävande totalstationsflytt som gäller.

Sammanfattning av totalstationen

En totalstation ger en helt överlägsen mätnoggrannhet i alla tre dimensioner, jämfört med en RTK-GPS eller en nätverks-RTK - enligt egna tester! Det märks inte minst vid all mätning inne i skogen, samt vid inmätning av alla slybeväxta diken och åkerholmar. 

Finns bara en fri sikt och en prismalåsning, samt att totalstationen är stationsetablerad, är en enmans totalstation ett mycket snabbt och pålitligt mätinstrument

Tyvärr kan det absoluta kravet på en fri sikt, mellan totalstationen och prismat, försena mätningen ordentligt genom alla tidskrävande totalstationsflytt. De tidskrävande totalstationsflytten är ju noggrannhetsmässigt också ett osäkerhetsmoment i sig - enligt egna tester!

Totalstation eller RTK-GPS

Står du i valet och kvalet mellan en enmans totalstation och en RTK-GPS, så köp en enmans totalstation! Har du råd och behov av båda mätinstrumenten, köp båda och införskaffa en snabb och bra kontrollenhet, som fungerar till båda mätinstrumenten!

Laser

Inledning

Lasrar finns många olika utföranden, beroende på vad de ska användas till. På bygg och anläggningssidan används många olika sorters lasrar, t.ex. en interiörlaser (riktlaser) och en rörlaser. 

För författarens del har tre sorters lasrar varit aktuella, alla i kombination med en RTK-GPS. Dessa är en planlaser, en totalstationsliknande laser och en laserlängdmätare.

Planlaser

Den första tanken var en planlaser, för en exaktare höjdangivelse än vad en RTK GPS eller en nätverks-RTK klarar av. 

Princip

Planlasern skickar ut en ljussignal, som fångas upp av en speciell lasermottagare. Lasermottagaren sitter vanligtvis på en mätstång. Ljussignalen skickas ut i ett helt parallellt plan (därav namnet planlaser). Således måste lasermottagarens sensor vara i absolut rätt höjd, för att ta emot ljussignalen. En tydlig signal ljuder, när lasermottagaren är exakt i rätt höjd.

Den del av planlasern, som sänder ut ljus, roterar vanligtvis runt sin egen axel. Rotationshastigheten ligger oftast på ca 5 - 15 varv/sekund, beroende på modell. Därför kallas ibland planlasern även för rotationslaser.

Fördelar

Fördelen är att en komplett planlaser endast kostar ca 8 000 - 20 000 kr och en kompatibel lasermottagare kostar ca 1 800 - 7 000 kr. Dessutom behövs det bara en person för att väga av med en planlaser (en mätare som går med lasermottagaren)! 

På en avancerad lasermottagare kan t.o.m. den önskade mätnoggrannheten ställas in, för att passa olika sorters mätningar.

Nackdelar

Nackdelen med en planlaser är att höjdmätningarna blir relativt krångliga och omständliga, jämfört med en enmans totalstation - speciellt om 500 - 1 000 punkter ska mätas in per mätdag (en produktionsinmätning)! 

Manuell höjdjustering av lasermottagaren

För varje enskild mätpunkt, måste själva lasermottagaren (sensorn) manuellt justeras upp eller ner till exakt samma höjd som planlasern (en tydlig signal ljuder när lasermottagaren är i precis rätt höjd). Denna höjdjustering av lasermottagaren tar dessvärre sin lilla tid. Lasermottagarens höjd (relativt mätpunkten) läses därefter av på ett lämpligt sätt. 

Manuell instansning

Den avlästa höjden för lasermottagaren måste stansas in manuellt i kontrollenheten, alternativt skrivas upp på ett papper, för att sedan räknas om i t.ex. Microsoft Excel (om fältanteckningarna nu kan tydas...). Det är att tigga om trubbel med felaktiga höjder p.g.a. felavläsningar, felstansningar och otydliga kråkor till fältanteckningar anser författaren, varför tanken på en planlaser snabbt avskrevs. 

Fri sikt

Det måste vara en absolut fri sikt mellan planlasern och lasermottagaren. Siktluckan måste dessutom vara i absolut rätt höjdplan, för att en avvägning ska kunna genomföras. Det kan vara besvärligt att uppnå allt detta vid en avvägning inne i skogen. På en kraftigt kuperad mark får sluttningarna etappvis vägas av "på skrå"!

Jordkrökningen

En planlaser tar inte hänsyn till jordkrökningen. Därför måste det maximala mätavståndet mellan planlasern och lasermottagaren hållas kort, vilket innebär många instrumentflytt. Saknas stabila flyttpunkter i terrängen, kan en Ingvar-Nilsson flyttometer vara användbar. 

Kompatibilitet

Planlasern och lasermottagaren måste givetvis vara kompatibla med varandra, annars går det ju inte att väga av.

Utvecklingspotential

En mätstång som automatiskt mäter både lasermottagarens höjd och mätstångens lutning vore inte fel. Självfallet ska dessa uppgifter automatisk överföras till kontrollenheten, förslagsvis via blåtand. Då skulle alla potentiella problem med den manuella instansningen försvinna, så som felavläsningar, felstansningar och otydliga kråkor till fältanteckningar.

Z-fix

En Z-fix visar den korrigerade (absoluta) höjden för lasermottagarstångens spets i klartext. Höjden visas då i det lokala höjdsystemet. Z-fixen är främst avsedd för höjdutsättningar på byggen och dylikt. 

Nackdel

Tyvärr finns det ingen datautgång från Z-fixen, så den kan inte kopplas samman med en kontrollenhet. Så även med en Z-fix, kvarstår alla potentiella problem med felavläsningar, felstansningar och otydliga kråkor till fältanteckningar. 

Utvecklingspotential

En Z-fix med en fungerande blåtandskommunikation till kontrollenheten, skulle ju vara en stor hit för många mätare. Då skulle alla potentiella problem med den manuella instansningen försvinna, så som felavläsningar, felstansningar och otydliga kråkor till fältanteckningar.

Räckvidd

Det största möjliga mätavståndet mellan planlasern och lasermottagaren är ca 130 - 450 meter, beroende på modell. Ju dyrare planlaser, ju längre blir det största möjliga mätavståndet mellan planlasern och lasermottagaren. 

Med tanke på att en planlaser inte tar hänsyn till jordkrökningen, bör det praktiska mätavståndet mellan planlasern och lasermottagaren alltid hållas kort - vilket innebär många instrumentflytt! Vid långa mätavstånd mellan planlasern och lasermottagaren, finns ju också risken för en refraktion

Tredimensionell mätning

Notera att endast den relativa höjdskillnaden (mellan två punkter) kan erhållas med en planlaser (utan en Z-fix). Med en Z-fix kan även absoluthöjden erhållas i det lokala höjdsystemet. Den horisontala positionen får alltid tas med ett annat mätinstrument, t.ex. en DGPS eller en RTK-GPS

Det enda smidiga systemet på marknaden för kombinerade RTK-GPS och lasermätningar är idag LaserZone. Dock rör det sig inte om någon vanlig planlaser precis, vilket också avspeglar sig i priset! Ca 80 000 kr per rotationslaser och ca 20 000 kr per lasermottagare. Sedan är mätaren helt låst till en RTK-GPS och en kontrollenhet från Topcon (som givetvis tillkommer på priset ovan).

Enfallslaser och tvåfallslaser

En enfallslaser och en tvåfallslaser kan ses som två avancerade varianter av en planlaser, där det önskade fallet (lutningen) kan ställas in med en hög noggrannhet. På en tvåfallslaser kan två olika fall (lutningar) ställas in i samtidigt - ibland via en smidig fjärrkontroll! De båda inställda fallen måste dock vara vinkelräta mot varandra. På en enfallslaser kan bara ett enda fall (lutning) ställas in åt gången. 

Enfallslasrar och tvåfallslasrar är mycket vanliga inom bygg och anläggningssidan, vägbyggen, täckdikningar samt för maskinstyrning och maskinguidning. En enfallslaser kostar ca 30 000 - 40 000 kr och en tvåfallslaser kostar ca 45 000 - 70 000 kr. En kompatibel lasermottagare kostar 3 000 - 7 000 kr. Varken en enfallslaser eller en tvåfallslaser har varit aktuell för författaren.

Totalstationsliknande laser

Princip

Precis som en totalstation, mäter en totalstationsliknande laser vinklar och avstånd, men mätnoggrannheten blir dock betydligt sämre.

 

Författarens idé

Författarens ide var att nyttja en totalstationsliknande laser för att få pålitliga s.k. offsetmått till alla hushörn, som inte kan mätas in med enbart en RTK-GPS och en nätverks-RTK. Sedan kan hushörnens koordinater beräknas i kontrollenheten med en s.k. polär beräkning (finns i COGO-programmet). 

Med denna mätmetod kan den totala mättiden, som åtgår till att mäta in befintliga byggnader på en gård, sänkas med kanske 80 %, jämfört med en totalstation. Denna stora tidsvinst uppkommer främst genom ett snabbare instrumentflytt, då en totalstationsliknande laser är betydligt tåligare mot fallolyckor än en totalstation.

Dålig mätnoggrannhet

Nackdelen är dock att hushörnen mäts in med endast 10 - 15 centimeters mätnoggrannhet, vilket fortfarande är helt okej för en del situationsplaner

Grov horisontalvinkel

Den sämre mätnoggrannheten beror till stor del på en betydligt sämre mätnoggrannhet i den totalstationsliknande laserns horisontalvinkel, jämfört med en totalstation. Ett horisontalt vinkelfel på endast en grad, ger hela 1,75 centimeters mätfel per längdmeter. 

Ett mätavstånd på 100 meter, ger då upphov till 1,75 meters horisontalt mätfel. Det blir snabbt stora positionsfel vid ett lite längre mätavstånd. 

Längdmätning

Längdmätningsnoggrannheten är oftast ca 3 - 5 centimeter, men det finns också modeller som bara ger en längdmätningsnoggrannhet på ca 1 meter. Vid långa mätavstånd finns ju också risken för en refraktion

Användningsområde

En totalstationsliknande laser används ibland inom skogsbruket för beräkningar av skogens virkesförråd, samt för beräkningar av virkeshögarnas storlek i samband med virkestransporter.

Laserlängdmätare

Princip

En handhållen laserlängdmätare, typ Disto, mäter snabbt längder med hög mätnoggrannhet. Detta utan att det krävs något prisma. En handhållen laserlängdmätare är också användbar för att snabbt beräkna t.ex. boytor och bostadsvolymer. 

Författarens idé

Författarens idé var att använda en laserlängdmätare för att snabbt kunna mäta in avståndet till varje hushörn från två punkter (som mäts med t.ex. en RTK-GPS eller en nätverks-RTK). Sedan kan hushörnens koordinater beräknas i kontrollenheten med en s.k. skärinbindning (finns i COGO-programmet). Hushörnens noggrannhet blir då i praktiken ca 5 - 10 centimeter. Några pålitliga höjder är dock svårt att få med denna mätmetod.

Kommunikation

Det är givetvis en stor fördel om kontrollenheten kan kommunicera med laserlängdmätaren via blåtand eller en datakabel. Då slipper mätaren manuellt stansa in de uppmätta längderna från laserlängdmätaren i kontrollenheten

Hög mätnoggrannhet

Längdmätningsnoggrannheten hos de flesta laserlängdmätare på marknaden, är fullt jämförbar med längdnoggrannheten hos totalstationernas reflektorlösa längdmätning. Det innebär ca 3 millimeters mätnoggrannhet. 

Mätavståndet

Det maximala mätavståndet varierar mycket beroende på mätobjektets reflexion, precis som med totalstationernas reflektorlösa längdmätning

Laserpunktens synlighet

Det kan dock vara svårt att se själva laserpunkten mot solbelysta väggar. Ett inbyggt kikarsikte på laserlängdmätaren är då mycket värdefull, förutsatt att kikarsiktet är någorlunda smidigt att använda. Ett alternativ kan också vara rödfärgande skyddsglasögon, s.k. laserglasögon.

Digitala avvägningsinstrument

Bakgrund

Ett digitalt avvägningsinstrument mäter (den relativa) höjden med en extrem god mätnoggrannhet (0,1 millimeter) mot en avvägningsstång (en 2 - 5 meter lång linjal med en specialmarkering). 

Noggrannheten i höjd blir betydligt bättre med ett digitalt avvägningsinstrument än med en totalstation eller en planlaser, speciellt om avvägningsstången är gjord i materialet invar (s.k. invarstång)! 

Jordkrökning

Dock tar det digitala avvägningsinstrumentet ingen hänsyn till jordkrökningen, varför instrumentflytten bör ske med täta intervall - speciellt vid ett s.k. polygontåg! Det maximala mätavståndet vid ett polygontåg bör helst inte överstiga ca 30 meter.

Digital lagring spar in många bekymmer

All mätdata lagras digitalt i avvägningsinstrumentet. Därmed försvinner alla potentiella problem med felstansningar, manuella felavläsningar och otydliga kråkor till fältanteckningar. 

Längdmätning

En längdmätningsfunktion finns på alla digitala avvägningsinstrument. Längdmätningens noggrannhet i millimeter är ungefär lika stort som mätavståndet i meter mellan avvägningsinstrumentet och avvägningsstången. 

Det maximala mätavståndet mellan avvägningsinstrumentet och avvägningsstången är ca 100 meter, vilket då innebär ca 10 centimeters längdmätningsonoggrannhet på detta mätavstånd. Sedan måste avvägningsinstrumentet flyttas. Då minskas också risken för en refraktion

Horisontalvinkelmätning

På ett digitalt avvägningsinstrument (Trimble DiNi 12T) erhålls en horisontalvinkel med en god noggrannhet (6" = 1,8 milligon = 0,00167 grad). Horisontalvinkelns noggrannhet blir alltså nästan lika bra, som totalstationens horisontala vinkelnoggrannhet. 

Annars går det oftast att få en grov horisontalvinkel, med en horisontalvinkelnoggrannhet på ca 1 grad. Denna horisontalvinkel får dock skrivas upp på ett papper eller manuellt stansas in i en kontrollenhet.

Tvåmansinstrument

Det krävs alltid två personer för att kunna mäta med ett digitalt avvägningsinstrument, en mätare vid det digitala avvägningsinstrumentet och en pinnpojke som håller avvägningsstången i lod. Mätaren får då manuellt rikta in avvägningsinstrumentet mot avvägningsstången, genom att sikta i okularet. 

Fri sikt 

För all mätning med ett digital avvägningsinstrument, krävs en absolut fri sikt mellan avvägningsinstrumentet och avvägningsstången. Siktluckan behöver vara minst 30 - 50 centimeter i höjdled. Siktluckan måste dessutom vara i absolut rätt höjd, för att en mätning ska kunna registreras. Detta kan vara besvärligt vid mätningar inne i skogen. På en kraftigt kuperad mark får sluttningarna etappvis vägas av "på skrå"! 

Pris

Ett digitalt avvägningsinstrument kostar normalt ca 30 000 - 60 000 kr, men budgetmodeller (8 000 kr) börjar dyka upp på marknaden. 

Utvecklingspotential av de digitala avvägningsinstrumenten

Författaren ser fram emot det första digitala avvägningsinstrumentet, där längdmätningen utförs med direktreflextekniken. Längdmätningsnoggrannheten hos dagens digitala avvägningsinstrument är ju ett skämt, jämfört med längdmätningsnoggrannheten hos t.ex. moderna totalstationer och laserlängdmätare

Författaren ser också fram emot det första digitala avvägningsinstrumentet, som kan skötas av en person. Det borde väl gå att få fram radiostyrda avvägningsinstrument, som låser på trackerförsedda avvägningsstänger.

En lutningssensor på avvägningsstången vore ju inte fel, förutsatt att lutningsinformationen kan överföras till det digitala avvägningsinstrumentet.

Manuella avvägningsinstrument

Bakgrund

Även klassiska manuella avvägningsinstrument mäter (den relativa) höjden med en god mätnoggrannhet mot en graderad avvägningsstång (en 2 - 5 meter lång graderad linjal). Resultatet blir dock inte riktigt lika noggrant, som med ett digitalt avvägningsinstrument

Horisontalvinkelmätning

Via en inbyggd magnetisk kompass, går det även att få en grov horisontalvinkel på ca 1 grad (att jämföra med totalstationens horisontalvinkelnoggrannhet på ca 0,001 grad). Den avlästa horisontalvinkeln måste dock kompenseras för den magnetiska missvisningen, för att erhålla en korrekt horisontalvinkel. Dessutom får det inte finnas någon störande magnetism eller något störande elektromagnetiskt fält, i närheten av det klassiska manuella avvägningsinstrumentet.

Stora följdfel

Ett horisontalt vinkelfel på endast en grad, ger hela 1,75 centimeters mätfel per längdmeter. Ett mätavstånd på 100 meter, ger då upphov till 1,75 meters horisontalt mätfel. Det blir snabbt stora positionsfel vid ett lite längre mätavstånd och/eller några stationsflytt. 

Längdmätning

Det finns även möjlighet till längdmätningar på alla manuella avvägningsinstrument. Längdmätningarna går till så att höjdskillnaderna mellan två smala horisontala streck på okularet avläses mot avvägningsstången. Den avlästa höjdskillnaden kan sedan omräknas till avståndet mellan avvägningsinstrumentet och avvägningsstången.

Dålig mätnoggrannhet

Längdmätningarnas mätnoggrannhet blir dock sällan bättre än 10 - 20 centimeter på ett kortare mätavstånd, vilket är en ännu sämre längdmätningsnoggrannhet än vad som fås med ett digitalt avvägningsinstrument. Även längdmätningarna kan alltså ge upphov till stora horisontala mätfel hos alla manuella avvägningsinstrument.

Vid alltför långa observationsavstånd mellan avvägningsinstrumentet och avvägningsstången, finns ju risken för en refraktion.

Tvåmansinstrument

Det krävs alltid två personer för att kunna mäta med ett klassisk manuellt avvägningsinstrument, en mätare vid avvägningsinstrumentet och en pinnpojke som håller avvägningsstången i lod. Mätaren får då manuellt rikta in avvägningsinstrumentet mot avvägningsstången, genom att sikta i okularet.

Manuell avläsning och instansning skapar många potentiella felkällor

All rådata avläses manuellt (och analogt), genom att läsa av okularets mittstreck mot avvägningsstången (samt eventuellt läsa av horisontalvinkeln och avståndet till avvägningsstången, om även horisontala koordinater önskas). Sedan stansas rådatan in för hand i en "kontrollenhet". Alternativt får önskad rådata skrivas upp på papper, för att därefter stansas in och beräknas i t.ex. Microsoft Excel (om fältanteckningarna nu kan tydas...). 

Det är att tigga om trubbel med felaktiga höjder p.g.a. felavläsningar, felstansningar och otydliga kråkor till fältanteckningar anser författaren, varför tanken på att använda ett klassiskt avvägningsinstrument snabbt avskrevs. De potentiella felkällorna är alltför många och de horisontala mätfelen blir alltför stora.

Fri sikt i rätt höjd

För all mätning med ett klassiskt avvägningsinstrument, krävs att siktluckan är i absolut rätt höjd, för att okularets mittstreck ska kunna läsas av mot avvägningsstången. Detta kan vara besvärligt vid mätningar inne i skogen. På en kraftigt kuperad mark får sluttningarna etappvis vägas av "på skrå"! 

Service är viktigt

Alla klassiska manuella avvägningsinstrument behöver givetvis servas då och då, som följande citat antyder! "Vårt avvägningsinstrument gav väldigt konstiga värden - nu har vi bytt och fått samma höjder som din totalstation". 

Pris

Ett klassiskt manuellt avvägningsinstrument kostar ca 2 000 - 6 000 kr. Ett stativ och en avvägningsstång tillkommer på priset.

Kuriosa

Som kuriosa kan nämnas att gamla täckdikningsplaner ofta byggde på data från markavvägningar med klassiska manuella avvägningsinstrument. På grund av den grova horisontalvinkeln och den grova längdmätningen, blev de horisontala mätfelen ofta stora (ibland 10 - 20 meter). Fältens form på de gamla täckdikningsplanerna stämde därför aldrig överens med verkligheten. Detta gör det svårt att passa in en gammal täckdikningsplan i den nya täckdikningsplanen, så att det gamla systemet någorlunda stämmer överens med verkligheten - enligt den nya täckdikningsplanen!

Laserskanner

Inledning

Laserskanning är en ny lovande optisk mätmetod som börjar komma mer och mer. Dess användningsområde är främst att mäta in komplexa ytor och föremål, t.ex. fabriker invändigt, skulpturer, utsmyckade katedraler, heterogena markområden, terrängmodeller m.m. 

Laserskanners finns i två huvudtyper, den markbaserad laserskannern och den flygbaserad laserskannern. Den markbaserade laserskannern monteras på ett vanligt stativ och kostar idag ca 1 000 000 kronor. 

En komplett flygbaserad laserskanner består av 4 - 5 enskilda laserskannrar, som alla riktas åt var sitt håll. En komplett flygbaserad laserskannerutrustning kostar bortåt 20 000 000 kronor inklusive stabilisatorer m.m. Själva helikoptern och helikopterpiloten tillkommer dock på det angivna priset...

Markbaserade laserskanners

Bakgrund

En markbaserad laserskanner mäter in komplexa ytor punkt för punkt, med en mycket högre hastighet än vad en robotiserad totalstation med en reflektorlös längdmätning (som också kan mäta in en komplex yta punkt för punkt) kan göra. 

Överlägsen mäthastighet

En robotiserad totalstation mäter ungefär 1 punkt per sekund, men en modern markbaserad laserskanner mäter ungefär 1 000 - 5 000 punkter per sekund (beroende på modell). Ibland får dock en del laserskannade punkter filtreras bort manuellt i datorn, för att de inte nådde ända fram till det aktuella mätobjektet.

Totalstationen är chanslös

De punkter som en markbaserad laserskanner hinner mäta på 1 sekund, mäter den robotiserade totalstationen på ca 1 timme. De punkter som en markbaserad laserskanner mäter på ca 1 timme, mäter den robotiserade totalstationen på ca 2 år (förutsatt en normal årsarbetstid för mätaren). 

Om en markbaserad laserskanner mäter 1 punkt/kvadratmillimeter, kan en robotiserad totalstation endast mäta 2 punkter/kvadratdecimeter, för att kunna skanna av en yta på samma tid som den markbaserade laserskannern. 

Framtiden

En stor produktutveckling och förhoppningsvis en stor prissänkning är att vänta under de närmsta 5 - 10 åren. Kanske slås den markbaserade laserskannern och totalstationen ihop till ett enda mätinstrument i framtiden.

Flygbaserade laserskanners

Bakgrund

En flygbaserad laserskanner är mycket användbar för snabba inmätningar av stora områden (minst flera kvadratkilometer), när syftet är att skapa en noggrann terrängmodell över det inmätta området. 

Bättre terrängmodeller

Vid en flygbaserad laserskanning mäts ca 40 000 punkter in per hektar. Det ska då jämföras med ca 100 - 300 punkter per hektar för en traditionell inmätning med en RTK-GPS eller en totalstation. Många laserskannade punkter får dock manuellt filtreras bort i datorn, för att de inte nådde ända ner till markytan. 

De kvarvarande enskilda mätpunkterna har en relativt låg kvalitet, jämfört med en traditionell inmätning med en RTK-GPS eller en totalstation. Men det blir fortfarande många fler användbara mätpunkter kvar per hektar, än vad som vanligtvis mäts in med de traditionella mätinstrumenten! Därför blir en laserskannad terrängmodell oftast bättre än en konventionellt inmätt terrängmodell. 

Vad kostar en mätning med en flygbaserad laserskanner

GIT-mässan 2004 träffade författaren en representant för Topeye, den ledande firman på flygbaserad laserskanning i Sverige. När författaren frågade om priset för en flygbaserad laserskanning, erhölls följande svar. Startavgiften låg på ca 100 000 kr per mätning. Då blir det bara en liten "testflygning", mest för att "funktionstesta" grejorna. För 150 000 kr kunde Topeye dock laserskanna "en hel del" och för 200 000 kr kunde Topeye laserskanna "mycket", utan att kunna specificera laserskannade arealen för respektive prisnivå. 

Slutsats

Så för en terrängmodell över ett litet område, blir en traditionell inmätning med en RTK-GPS eller en totalstation betydligt billigare. 

För en terrängmodell över ett stort område på hundratals kvadratkilometrar, blir dock en flygbaserad laserskanning både betydligt billigare och bättre än en traditionell inmätning med en RTK-GPS eller en enmans totalstation.

Vatten kräver en kompletterande mätning 

Laserstrålarna tränger inte igenom vattenytor. Det innebär att alla vattenfyllda dikesbottnar får kompletteringsmätas med en totalstation, en planlaser, ett digitalt avvägningsinstrument eller ett manuellt avvägningsinstrument. Sjöbottnar kompletteringsmäts lämpligtvis med ett ekolod

Ekolod

Ett ekolod mäter snabbt djupet i sjöar, vattendrag och hav. Tillsammans med en GPS eller en enmans totalstation, kan ett ekolod användas för en mycket snabb och effektiv tredimensionell mätning av t.ex. sjöbotten, farleder, grund, hamnar... (förutsatt att en snabb motorbåt används som transportmedel på sjön under mätningens gång). 

Positionen i sidled fås då av en GPS eller en enmans totalstation, medan djupet fås av ekolodet. Detta kräver dock en kontrollenhet inklusive en programvara (eller en dataloger), som samtidigt kan hantera rådata från både GPS/totalstationen och ekolodet.

Författarens slutliga instrumentval 

Då författaren ofta behöver ha många positioner per mätdag, med en hög mätnoggrannhet i både sidled och höjdled, stod valet länge mellan en enmans totalstation och en RTK-GPS. Till slut valdes en enmans totalstation av två skäl.

  1. I princip kan det mätas överallt med en enmans totalstation, vilket inte är möjligt med en RTK-GPS.
  2. Den teoretiska tredimensionella mätnoggrannheten blir betydligt bättre med en enmans totalstation (± 2 - 3 millimeter) än med en RTK-GPS (± 1,5 centimeter i sidled och ± 2 - 3 centimeter i höjdled (förutsatt god mottagningsförhållanden och en gynnsam satellitgeometri, som medger en fixlösningRTK-GPS-mottagaren).

Dock är det lämpligt att mäta in så mycket som möjligt med en RTK-GPS och en nätverks-RTK där de fungerar, för att sedan kompletteringsmäta med en enmans totalstation. Tyvärr kostar dubbla mätinstrument mycket pengar. 

Nuvarande instrumentstatus

Numera har författaren även en RTK-GPS och en nätverks-RTK. Så nu mäter författaren först allt som kan mätas med sin RTK-GPS och sin nätverks-RTK direkt i rikets nät, för att sedan kompletteringsmäta med sin enmans totalstation

En markbaserad laserskanner är än så länge alldeles för dyr för författaren, för att inte tala om en komplett flygbaserad laserskannerutrustning...

På sikt kommer författaren nog att införskaffa ett digitalt avvägningsinstrument, för en snabbare och noggrannare höjdavvägning.

Till författarens totalstation. Till författarens RTK-GPS. Till författarens nätverks-RTK GPS. Till författarens testmätningar! Till skogsmätningar! Till koordinatsystem! Till startsidan!