Source: http://docplayer.fi/19146849-Jhs-xxx-kiintopistemittaus-euref-fin-koordinaattijarjestelmassa.html
Timestamp: 2018-10-18 19:09:10+00:00
Document Index: 26752816

Matched Legal Cases: ['kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ']

JHS xxx Kiintopistemittaus EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmässä - PDF
Download "JHS xxx Kiintopistemittaus EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmässä"
1 JHS xxx Kiintopistemittaus EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmässä Versio: Julkaistu: xx.xx.2012 Voimassaoloaika: toistaiseksi Sisällys 1 Johdanto Soveltamisala Viittaukset Termit ja lyhenteet EUREF-FIN-kiintopisteet ja niiden luokittelu Valtakunnalliset peruskiintopisteet (E1-E2) Paikalliset kiintopisteet Aktiiviset kiintopisteet (pysyvät GNSS-asemat) Mittausmenetelmät Staattinen relatiivinen GNSS-mittaus Reaaliaikainen GNSS-mittaus Takymetrimittaukset EUREF-FIN-kiintopisteiden koordinaattien määrittäminen Kiintopistemittausten kontrollointi Peruskiintopisteverkkojen (E3-E4) mittaaminen ja kontrollointi Käyttökiintopisteiden (E5-E6) mittaaminen ja kontrollointi Kadonneiden pisteiden korvaaminen ja verkon saneeraus Dokumentointi ja koordinaattien toimittaminen valtakunnalliseen kiintopisterekisteriin Opastavat tiedot Liitteet /22
2 1 Johdanto Suomessa on otettu käyttöön sekä yleiseurooppalainen koordinaattijärjestelmä että korkeusjärjestelmä. Järjestelmien määrittelyt ja suositukset niiden käyttämiseksi ovat Julkishallinnon suosituksissa JHS 153, JHS 154 ja JHS 163. Näiden järjestelmien mukaan laaditut aineistot ovat yhteensopivia INSPIRE-direktiivin määrittelemällä tavalla valtioiden rajoista riippumatta. Myös maan rajojen sisällä aineistojen yhteiskäyttö on tehokasta. Järjestelmät on realisoitu maastoon mittaamalla koko maan kattavat valtakunnalliset kiintopisteistöt. Paikalliset kiintopisteet ja mittaukset sidotaan valtakunnallisiin pisteisiin. Tässä suosituksessa käsitellään EUREF-FIN -kiintopisteiden luokittelu, mittausmenetelmät, koordinaattien määrittäminen ja tarkkuusvaatimukset. Tässä suosituksessa käytetään ISO19111:n ja INSPIRE-direktiivin mukaista termistöä. 2 Soveltamisala Tämä suositus on tarkoitettu EUREF-FIN -koordinaattijärjestelmässä kiintopistemittauksia tekeville. Tämän suosituksen mukaista kiintopisteiden luokittelua, kiintopisteiden mittausmenetelmiä ja tarkkuusvaatimuksia on käytettävä, jos mittaukset ja kiintopisteet halutaan luokitella virallisesti johonkin EUREF-FIN -luokkaan. Suosituksessa annetaan ohjeet ja vaatimukset eri mittausmenetelmillä tehtävään kiintopisteiden mittaukseen ja niiden laskentaan. Suosituksessa esitetään myös vaatimukset pysyvien GNSS-tukiasemien ja tukiasemaverkkojen luokittelemiseksi EUREF-FIN:ssä. Suosituksen kohderyhmiä ovat: kiintopistemittauksia tekevät ja/tai tilaavat kunnat julkiselle hallinnolle kiintopistemittauksia tekevät konsultit kiintopistemittauksia tekevät ja valvovat valtion viranomaiset julkiselle hallinnolle paikannuspalveluja tarjoavat yritykset 3 Viittaukset JHS 153 ETRS89-järjestelmän mukaiset koordinaatit Suomessa JHS 154 ETRS89-järjestelmään liittyvät karttaprojektiot, tasokoordinaatistot ja karttalehtijako JHS 163 Suomen korkeusjärjestelmä N2000 EN ISO Geographic information -- Spatial referencing by coordinates INSPIRE-direktiivi Geoinformatiikan sanaston 2. laitos, Sanastokeskus TSK ry, ISBN E2-tukiasemaohje 4 Termit ja lyhenteet a priori Ennen. a posteriori Jälkeen. 2/22
3 ARP Antenna Reference Point, GNSS-antennin fyysinen piste, johon koordinaatit määritetään. EUREF-FIN ETRS89-datumin realisoinnin tuloksena saatu kansallinen koordinaattijärjestelmä. ETRS89 on realisoitu Suomessa GPS-mittausten avulla ja tästä realisaatiosta käytetään nimeä EUREF-FIN. FIN2000 Geoidimalli, joka on sovitettu N60-korkeusjärjestelmään. FIN2000-geoidimallin avulla EUREF-FIN:ssä olevasta ellipsoidisesta (GRS80) korkeudesta saadaan N60-korkeus. FIN2005N00 Geoidimalli, joka on sovitettu N2000-korkeusjärjestelmään. FIN2005N00-geoidimallin avulla EUREF- FIN:ssä olevasta ellipsoidisesta (GRS80) korkeudesta saadaan N2000-korkeus. FinnRef Geodeettisen laitoksen pysyvä GNSS-verkko. GDOP Geometric Dilution of Precision, luku, joka kuvaa satelliittigeometrian vaikutusta sijainnin ja ajan tarkkuuteen. Geoidi Maan painovoimakentän potentiaalin tasa-arvopinta, joka yhtyy parhaiten häiriöttömään keskimerenpintaan. GNSS Global Navigation Satellite Systems, yhteisnimitys maailmanlaajuisille satelliittipaikannusjärjestelmille, kuten: GPS, Global Positioning System, yhdysvaltalainen satelliittipaikannusjärjestelmä GLONASS, GLObal NAvigation Satellite System, venäläinen satelliittipaikannusjärjestelmä Galileo, eurooppalainen satelliittipaikannusjärjestelmä Beidou/Compass, kiinalainen satelliittipaikannusjärjestelmä. Kontrollipiste Saman tai ylemmän luokan kiintopiste, jolla varmistetaan mittauksen yhteensopivuus mittausalueella olemassa olevaan kiintopisteistöön. Kontrollipistettä ei käytetä lähtöpisteenä vaan sen tunnettuja koordinaatteja verrataan uuteen määritykseen. Jos kontrollipisteen uuden määrityksen koordinaatit menevät luokan toleransseihin, katsotaan uuden mittauksen olevan yhteensopiva vanhan kanssa. Tällöin kontrollipisteen alkuperäiset koordinaatit jäävät voimaan. Lähtöpiste Ylemmän luokan kiintopiste, jonka koordinaatit kiinnitetään tai rajoitetaan laskennassa. Mittausalue Määritettävien kiintopisteiden rajaama alue. MKL Merenkulkulaitos (nykyään osa Liikennevirastoa). MML Maanmittauslaitos. N2000 ja N60 Suomalaisia valtakunnallisia korkeusjärjestelmiä (ks. JHS 163). 3/22
4 PCO Phase Center Offset, ARP:n ja antennin sähköisen keskipisteen välinen keskimääräinen ero. PCV Phase Center Variation, antennin sähköisen keskipisteen paikan vaihtelu, joka riippuu satelliitin suunnasta. PDOP Position Dilution of Precision, luku, joka kuvaa satelliittigeometrian vaikutusta sijainnin tarkkuuteen. PPP Precise Point Positioning, satelliittipaikannustekniikka, jossa yhden vastaanottimen vaihehavainnoilla voidaan määrittää vastaanottimen sijainti. RMS Root Mean Square, neliöllinen keskiarvo. RTK Real Time Kinematic, satelliittimittaustekniikka, jossa mittaavan vastaanottimen ja tukiasemavastaanottimen vaihehavaintoja hyväksikäyttäen ratkaistaan reaaliaikainen sijainti. Triviaalivektori Yhden GPS-kampanjan havaintojakson aikana, jossa käytetään N vastaanotinta, voidaan mitata N-1 riippumatonta vektoria. Mikäli laskentaan tai tasoitukseen otetaan havaintojaksosta useampia vektoreita, jotka muodostavat sulkeutuvia kuvioita yhden havaintojakson aikana, kutsutaan näitä ylimääräisiä vektoreita triviaalivektoreiksi. 5 EUREF-FIN-kiintopisteet ja niiden luokittelu EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmän kiintopisteet luokitellaan peruskiintopisteisiin ja käyttökiintopisteisiin. Peruskiintopisteet muodostavat valtakunnallisten ja paikallisten kiintopisteverkkojen rungon ja käyttökiintopisteet ovat paikallisessa päivittäisessä käytössä olevia kiintopisteitä (esim. kartoituksen lähtöpisteitä). Valtakunnalliset peruskiintopisteet muodostavat luokat E1-E2, paikalliset peruskiintopisteet luokat E3-E4 ja paikalliset käyttökiintopisteet luokat E5-E6. EUREF-FIN:n kiintopisteiden luokittelu on esitetty kuvassa 1. EUREF-FIN-kiintopisteet voidaan jaotella myös passiivisiin ja aktiivisiin. Passiiviset kiintopisteet ovat maastossa olevia kiintopisteitä (pultti tai vastaava), kun aktiiviset kiintopisteet ovat kiinteästi asennettuja GNSS-tukiasemia, joiden havainnot ovat jatkuvasti käytettävissä. Pysyviä GNSS-asemia on käytetty niin perusrunkoverkkojen kuin käyttökiintopisteidenkin mittaamiseen. GNSS-teknologian tarjoamat mahdollisuudet ja pysyvien asemien käyttö on kuitenkin hämärtänyt perinteisen hierarkia-ajattelun kiintopisteverkoissa. GNSS-mittauksissa toiminta-alue on kasvanut, tarkkuudet parantuneet ja virheen kasautuminen kiintopisteverkoissa on pienentynyt verrattuna perinteisiin mittauksiin (kolmio- ja jonomittaukset). Tämä ei silti tarkoita sitä, että kaikki eri aikoina ja eri tavoin suoritetut GNSS-mittaukset olisivat keskenään täysin yhteensopivia. Tässä suosituksessa ohjeistetaan mittaukset EUREF-FINkoordinaattijärjestelmässä, jotta varmistetaan eri aikoina ja eri tavoin mitattujen kiintopisteverkkojen sisäinen tarkkuus. 5.1 Valtakunnalliset peruskiintopisteet (E1-E2) EUREF-FIN-koordinaattijärjestelmän määrittävät ylimmän E1-luokan peruskiintopisteet. Tähän luokkaan kuuluvat Geodeettisen laitoksen FinnRef-verkon 12 pysyvää GPS-asemaa ja vuosina tehtyjen GPSmittausten 100 passiivista kiintopistettä. Näitä pisteitä on kuitenkin harvassa ja ne ovat usein vaikeasti 4/22
5 saavutettavissa. Geodeettinen laitos mittasi uusia kiintopisteitä helpommin saavutettavissa oleviin paikkoihin. Tämä 350 pisteen laajennus sidottiin suoraan E1-luokkaan ja se muodostaa E1b-luokan. Sekä E1- että E1b-luokka tasoitettiin yhtenä verkkona sisäisen tarkkuuden varmistamiseksi ja niiden kuvaukset sekä koordinaatit on julkaistu Geodeettisen laitoksen julkaisussa nro 129 ja tiedotteessa nro 24. Keskimääräinen pisteväli luokissa E1-E1b on noin 35 km. Maanmittauslaitos (MML) ja Merenkulkulaitos (MKL, nyk. Liikennevirasto) ovat tihentäneet edellä mainittuja verkkoja ja sitoneet nämä E2-luokan mittaukset suoraan E1- ja E1b-luokkiin. E2-luokassa on noin 4800 passiivista kiintopistettä keskimääräisen etäisyyden ollessa noin 12 km. E1-E2-luokkien passiivisia kiintopisteitä ylläpitävät valtion viranomaiset ja ne muodostavat valtakunnallisen runkoverkon EUREF-FIN -koordinaattijärjestelmässä. E1-E2-luokkien peruskiintopisteet on esitetty kuvassa 2. Nämä luokat on passiivisten kiintopisteiden osalta mitattu valmiiksi eikä niihin mitata uusia kiintopisteitä muutoin kun ylläpidollisista syistä. Aktiivisia kiintopisteitä (pysyviä GNSS-asemia) voidaan kuitenkin liittää valtakunnalliseen E2-luokkaan (ks. luku 4.3). E1 luokka FinnRef-asemat Geodeettisen laitoksen EUREF-FIN-tihennys E1b luokka Geodeettisen laitoksen EUREF-FIN-tihennys E2 luokka Maanmittauslaitoksen ja Merenkulkulaitoksen EUREF-FIN-tihennykset Pysyvät Pysyvät GNSSasemat GNSS- Pysyvät GNSSasemaasemat E3 luokka Maanmittauslaitoksen ja Merenkulkulaitoksen EUREF-FIN-tihennykset Kunnan (ylempi) peruskiintopisteluokka E4 luokka Kunnan (alempi) peruskiintopisteluokka E5 luokka Kunnan (ylempi) käyttökiintopisteluokka E6 luokka Kunnan (alempi) käyttökiintopisteluokka Kuva 1. EUREF-FIN-kiintopisteiden luokittelu. Valtakunnalliset E1-E2-luokat on esitetty punaisella kehyksellä. Katkoviivoin reunustetut laatikot ovat aktiivisia ja yhtenäisillä viivoilla reunustetut laatikot passiivisia kiintopisteitä. Laatikkojen välillä olevat yhtenäiset viivat kuvaavat hierarkkista, suoraan lähimpiin ylempien luokkien kiintopisteisiin perustuvaa mittausmenetelmää, kun taas katkoviivalla esitetään luokkarajojen yli tapahtuvaa mittaamista. E2-luokkaan hyväksyttyjä pysyviä GNSS-asemia voidaan käyttää E3-E6-luokan 5/22
6 pisteiden mittaamiseen, jolloin mittausmenetelmä määrittää mihin luokkaan mitattava piste sijoittuu (ks. tarkemmin luku 7). Kuva 2. Valtakunnalliset EUREF-FIN-pisteet luokissa E1-E2, pisteiden lukumäärät suluissa. Mustareunuksiset punaiset ympyrät ovat Geodeettisen laitoksen pysyviä FinnRef-asemia (aktiivisia kiintopisteitä), mustat kolmiot 6/22
7 E1-luokan, punaiset kolmiot E1b-luokan ja mustat pisteet E2-luokan passiivisia kiintopisteitä. Listaa E2- luokkan hyväksytyistä tukiasemista ylläpidetään sivulla: Paikalliset kiintopisteet Paikalliset (esim. kunnan) EUREF-FIN -kiintopisteet jaetaan peruskiintopisteisiin ja käyttöpisteisiin. Paikalliset peruskiintopisteet muodostavat luokat E3-E4 ja käyttöpisteet luokat E5-E Peruskiintopisteet (E3-E4) Paikalliset peruskiintopisteet (luokat E3 ja E4) määrittävät kunnan koordinaattijärjestelmän rungon yhdessä kunnan alueella sijaitsevien valtakunnallisten E1-E2-luokkien peruskiintopisteiden kanssa. Valtakunnallisten peruskiintopisteiden lisäksi MML ja MKL ovat mitanneet useita tuhansia paikallisia E3-luokan peruskiintopisteitä, joita kunta voi käyttää omassa runkoverkossaan. Näillä alueilla pisteitä on 5 10 kilometrin välein. E3-luokka on tarkoitettu kunnan ylemmäksi ja harvemmaksi peruskiintopisteluokaksi ja E4 tämän tihennykseksi. Jos kunta käyttää alueellaan olevia E3-pisteitä (ja niitä on riittävästi), voi kunnalla olla kahden sijaan vain yksi oma peruskiintopisteluokka, joka pitää tällöin määritellä E4-luokkaan Käyttökiintopisteet (E5-E6) Alemmat E5-E6-luokkien käyttökiintopisteet toimivat kartoitus- ja merkintämittausten lähtöpisteinä. E5- luokan pisteet muodostavat kunnan ylemmän ja tarkemman käyttöpisteluokan ja E6-luokka on tarkoitettu epätarkemmille kiintopisteille mm. muunnetuille pisteille ja apupisteille. Kunnan vaihtaessa tasokoordinaattijärjestelmää osaa vanhoista pisteistä ei voida mitata tai laskea vanhoista havainnoista uuteen järjestelmään, vaan uuden järjestelmän mukaiset koordinaatit joudutaan muuntamaan vanhan järjestelmän koordinaateista. Tämä heikentää muunnetun pisteen tarkkuutta, joten muunnettua pistettä ei saa enää käsitellä alkuperäisen luokkansa pisteenä. Muunnoksen hyvyydestä riippuen muunnettu piste pitää luokitella korkeintaan käyttöpisteeksi E6-luokkaan. Muunnetun koordinaatin yhteyteen pitää aina merkitä, että kyseessä on muunnoksella tuotettu koordinaattiarvo. 5.3 Aktiiviset kiintopisteet (pysyvät GNSS-asemat) Aktiivisilla kiintopisteillä tarkoitetaan kiinteästi sijoitettuja GNSS-laitteistoja, jotka keräävät jatkuvasti GNSS-havaintoja. Pysyvien GNSS-asemien määrä ja käyttö paikkatiedon tuotantoon ja hyödyntämiseen on kasvanut voimakkaasti koko 2000-luvun ja asemia on niin valtakunnallisessa kuin paikallisessakin käytössä. Pysyvät GNSS-asemat tai tukiasemaverkot pitää luokitella EUREF-FIN -koordinaattijärjestelmän aktiivisiksi kiintopisteiksi, jos niiden käyttötarkoitus sitä edellyttää. Tällöin myös niiden EUREF-FIN -koordinaatit on määritettävä vaaditulla tavalla. Geodeettisen laitoksen FinnRef-verkko muodostaa koordinaattijärjestelmän rungon ja määrittää ylimmän E1- luokan yhdessä vuosina mitatun passiivisen 100 pisteen kanssa. FinnRef-verkon pääasiallinen tarkoitus on ylläpitää yhteyksiä eurooppalaisiin ja maailmanlaajuisiin koordinaattijärjestelmiin sekä maankuoren liikkeiden (erityisesti maankohoamisen) tutkimuksen kautta taata kansallisten koordinaattijärjestelmien laatu ja pysyvyys. Muiden pysyvien GNSS-asemien tai tukiasemaverkkojen pisteluokka riippuu niiden käyttötarkoituksesta ja asemille asetetuista kriteereistä. Tukiasema tai tukiasemaverkko pitää sijoittaa E2-luokkaan, jos sen avulla tuotetaan paikannuspalveluita, jotka ovat alueellisesti tai käyttäjämääräisesti laajassa käytössä. Jos 7/22
8 tukiasemaverkon koko (verkon reunimmaisten tukiasemien välinen etäisyys) on suurempi kuin 100 km, pitää verkko määrittää E2-luokkaan ja ottaa huomioon maannousun vaikutus EUREF-FIN-koordinaattien määrittämisessä. Ohjeet ja vaatimukset tukiaseman tai tukiasemaverkon liittämiseen valtakunnalliseen E2-luokkaan löytyvät erillisestä tukiasemaohjeesta. Aktiivisten kiintopisteiden E2-luokan koordinaatit määrittää Geodeettinen laitos, joten tukiasemien havainnot pitää olla Geodeettisen laitoksen käytettävissä asemien koordinaattien määrittämistä ja monitorointia varten. Tukiasemaohje ja päivitetty tilanne E2-luokkaan hyväksytyistä tukiasemista löytyy osoitteesta: Kunnalla tai muulla toimijalla voi olla oma yksittäinen GNSS-tukiasema tai tukiasemaverkko, jota käytetään pääasiassa omaan toimintaan tai verkon koko on pienempi kuin 100 km. Tällaiset tukiasemat tai tukiasemaverkot voidaan sijoittaa myös luokkiin E3-E4. Kun asema määritetään korkeintaan E3-luokkaan, ei tukiasemien koordinaatteja tarvitse määrittää valtion viranomaisen toimesta vaan ne voidaan määrittää kuten muillekin paikallisille peruskiintopisteille (ks. luku 7). Jos kyseessä on aktiivinen kiintopiste, on aseman stabiilisuutta (koordinaatteja) seurattava säännöllisillä tarkistuslaskennoilla. 6 Mittausmenetelmät Tässä luvussa käydään läpi lyhyesti mittausmenetelmiä ja -periaatteita. Tarkemmat ohjeet EUREF-FIN - kiintopisteiden mittaamisesta annetaan luvussa Staattinen relatiivinen GNSS-mittaus Suunnittelu ja mittaukset (Staattisessa) relatiivisessa GNSS-mittauksessa määritetään tuntemattoman pisteen paikka suhteessa tunnettuun pisteeseen (koordinaattierot X, Y, Z pisteiden välillä) eli havaitaan vähintään kahdella pisteellä samanaikaisesti. Staattisessa mittauksessa GNSS-vastaanottimet ja antennit ovat paikallaan koko mittauksen ajan. Mittauksessa käytetään lähtöpisteinä koordinaateiltaan tunnettuja pisteitä, jotka valitaan niin, että ulommaiset lähtöpisteet sulkevat mitattavan verkon sisäänsä. Ulommaisten pisteiden lisäksi on yhteensopivuussyistä syytä valita myös kaikki verkon alueelle jäävät ja lähtöpisteiksi sopivat kiintopisteet. Määritettävien pisteiden määrään vaikuttaa alueen laajuus ja infrastruktuuri, kaupunkimaisella alueella kiintopisteitä tarvitaan yleensä tiheämmin kuin haja-asutusalueella. Pisteitä tulisi muutoin olla mahdollisimman tasavälein koko alueella. Verkko muodostetaan ja mitataan havaintojaksoittain (sessioittain), jotka suunnitellaan mitattavien pisteiden ja vastaanottimien määrän mukaan. Verkko muodostuu sulkeutuvista kuvioista, silmukoista. Kuvassa 3 on havainnollistettu mitattavan verkon suunnitteluperiaatteita: vektoreiden on oltava mahdollisimman tasapituisia. silmukka ei saa sulkeutua samassa sessiossa, vaan se suljetaan toisen session havainnoilla. verkon vektoreista on mitattava vähintään 15 % kahteen kertaan. viereisillä silmukoilla on oltava vähintään 2 yhteistä pistettä. verkossa ei saa olla piikkipisteitä. Käytettävien laitteiden on oltava kiintopistemittaukseen soveltuvia: GNSS-vastaanotin tallentaa raakahavaintoja (koodi ja vaihe). käytettävä vähintään 2-taajuushavaintoja, jos vektorin pituus on yli 10 km. 8/22
9 käytettävä laskentaohjelmiston tuntemaa antennityyppiä. Antenni on pystytettävä tukevasti kolmijalalle tai kiinnitettävä muutoin tukevaan rakenteeseen, esim. pilarille. Mittaukseen tarvittava havaintoaika riippuu havaittavien vektoreiden pituudesta ja havaintopaikasta. EUREF-FIN -koordinaattijärjestelmässä havaintoaikaan vaikuttaa myös kiintopisteluokka eli tarkkuus- ja luotettavuusvaatimukset. Mitattavan kiintopisteen luokka määrää tarkkuusvaatimuksen ja siten myös osaltaan vaikuttaa havaintojakson vähimmäispituuteen. Havaintojakson pituuden määrää session pisin vektori ja sen mittaamiseen tarvittava havaintoaika ko. koordinaattiluokassa. Näiden perusteella laaditaan mittausten aikataulu. Kuvassa 4 on esitetty staattisen GPS-mittauksen tarkkuuden, vektorin pituuden ja havaintoajan välinen yhteys. Kuvaa voidaan käyttää arvioitaessa havaintojakson pituutta kun pisteen tarkkuusvaatimus ja vektorien pituudet ovat tiedossa. piikkipiste Piste kiinteiden ulkopuolella vierekkäisten silmukoiden liitos Oikeaoppinen toteutus Virheellinen toteutus Kuva 3. Mitattavan verkon suunnitteluperiaatteita. Vihreät neliöt ovat lähtöpisteitä ja punaiset ympyrät määritettäviä pisteitä. Kuvassa on esitetty E4-E6-luokkiin soveltuva verkko, E3-luokkaa on mitattava kolmioverkkona. Kuva 4. Staattisen GPS:n tarkkuuden, vektorin pituuden ja havaintoajan välinen riippuvuus (Häkli et al., 2008). Käyrät kuvaavat staattisen GPS-mittauksen RMS-tarkkuutta (1-5 cm) havaintoajan ja vektorin pituuden suhteen (yhtenäisellä viivalla satelliittien lähettämiä ennustettuja ratoja ja katkoviivalla tarkkoja ratoja käytettäessä). Kiintopisteiden mittauksessa tulisi käyttää tarkkuusaluetta 5 30 mm riippuen koordinaattiluokasta. Alle 30 minuutin havaintoaikoja ei saa käyttää kiintopisteiden mittaamiseen. 9/22
10 Kuvaa tulkittaessa on huomioitava, että se on suuntaa antava ja tarkkuus riippuu useista tekijöistä. Kuvan tarkkuusarvot ovat RMS-tarkkuuksia (1) eli ne kuvastavat tarkkuutta, jota parempia tuloksia 68 % vektoriratkaisuista tilastollisesti antaa. Kuvasta saatava havaintoaika tarkoittaa vähimmäishavaintoaikaa kyseiselle vektorille, jotta todennäköisyys vektoriratkaisun onnistumiseen olisi mahdollisimman hyvä. Jos havaintoaikaa lyhennetään (tai tarkkuusvaatimusta huononnetaan havaintoajan lyhentämiseksi), voi seurauksena olla, ettei vektori ratkea ollenkaan ja se joudutaan mittaamaan uudelleen. Kuvan tulokset perustuvat hyvillä havaintopaikoilla tehtyihin havaintoihin (esteetön näkyvyys satelliitteihin korkeuskulman 20º yläpuolella). Etenkin lyhyemmillä havaintojaksoilla tarkkuuteen voi vaikuttaa sekä satelliittien määrä että satelliittigeometria. Mittaus on mahdollisuuksien mukaan tehtävä satelliittigeometrialtaan parhaaseen aikaan. Satelliittigeometrian vaihtelua päivän aikana voi tutkia GPSalmanakan ja mittaussuunnitteluohjelman avulla. Mittaussuunnitteluohjelma löytyy useimmista GPSlaskentaohjelmista. Satelliittigeometriaa kuvaavan GDOP-luvun arvo on oltava < 8. Havaintoaikoja kannattaa pidentää ohjearvoista, jos GDOP tai ionosfäärin aktiivisuus ovat suhteellisen korkeita. Ionosfäärin tila riippuu Auringon aktiivisuudesta Laskenta Havaintojen laskentaan tarvitaan laskentaohjelma, jolla vektorit ratkaistaan ja tasoitetaan verkkotasoituksessa virheyhtälötasoituksena (tasoitus voidaan suorittaa myös erillisellä ohjelmalla). Myös laskentaohjelmissa on eroja, mikä voi vaikuttaa saavutettavaan tarkkuuteen ja tunnuslukuihin. Laskentaohjelman pitää ottaa huomioon antennien ominaisuuksista vähintään antennin sähköisen keskipisteen ja referenssipisteen (ARP) välinen ero (PCO), jotta ratkaistavat koordinaatit viittaavat oikeaan paikkaan. Lisäksi ohjelma voi ottaa huomioon antennin sähköisen keskipisteen paikan vaihtelun signaalin tulosuunnan mukaan (PCV). Jos mittauksissa käytetään erityyppisiä antenneja ja antennien ominaisuuksia ei oteta huomioon tai käytetään väärän antennin arvoja, voi tästä aiheutua useiden senttimetrien tai jopa desimetrien suuruisia virheitä tuloksena saataviin koordinaatteihin. Suuria virheitä voi aiheutua myös vääristä antennikorkeuksista tai että ne on annettu väärässä muodossa (suora- tai vinoetäisyys). Kuvasta 4 nähdään (kun tarkkuus on 1 2 cm), että tarkkoja ratatietoja kannattaa käyttää yli 10 km pituisten vektoreiden ja yli tunnin mittaisten havaintojen laskennassa. Kuvan tulokset perustuvat yksittäisten vektoriratkaisujen tarkkuuteen. Jos havainnot on tehty hyvin, parantaa oikeaoppisesti suoritettu verkkotasoitus useimmiten pisteen koordinaattien tarkkuutta. Tasoituksen tuloksena saadaan mitattaville pisteille koordinaatit ja keskivirheet. Laskennan vaiheet ovat: 1. Sessioittain: Lasketaan kaikki mahdolliset vektorit, myös triviaalivektorit (vektorien laskenta). 2. Sessioittain: Tasoitetaan kontrolliksi sessiokohtainen verkko minimirajoituksin (ns. vapaa verkkotasoitus). 3. Koko verkko: Tasoitetaan koko verkko minimirajoituksin. Tasoitukseen viedään kaikkien sessioiden kaikki kelvolliset vektorit kovarianssimatriiseineen. 4. Koko verkko: Tasoitetaan koko verkko pitäen ylemmän luokan pisteitä kiinteinä tai rajoitettuina. Vaiheen 1 tuloksena saadaan vektorikomponentit ja niiden kovarianssimatriisi. Ohjelmasta riippuen tulostus voi olla hyvinkin erilainen. Vektorilaskennassa kannattaa kiinnittää huomiota mm. seuraaviin seikkoihin (ohjearvoja luvun 7 taulukoissa 2 4): Vastaako havaintojakson pituus vektorin pituutta? Onko tallennusväli ollut ohjeiden mukainen? Signaalin tulokulma, katkaisukulma (onko ohjeiden mukainen). Troposfäärimalli. Ionosfäärimalli. Ratatiedot: tarkat vai satelliittien lähettämät radat. 10/22
11 EUREF-FIN-lähtökoordinaatit. - Koordinaattien likiarvot, mistä peräisin? - Tunnetut koordinaatit (ylemmän luokan pisteet): kannattaa pitää jo vektorilaskennassa referenssipisteinä, sillä vektoria ratkaistaessa sen toinen pää kiinnitetään ja tunnetut tarkat koordinaatit voivat parantaa tarkkuutta verrattuna likimääräisiin koordinaatteihin. Onko antennin korkeudet otettu huomioon ja oikein (vertaus kentällä tehtyyn kirjanpitoon)? Onko valittuna oikeat antennityypit? Jos on käytetty pysyviä tukiasemia lähtöpisteinä, onko niiden etäisyys pisteistä ohjeiden mukainen? Ratkaisussa käytetty havaintotyyppi: vaihe, lineaarikombinaatio. Ovatko alkutuntemattomat ratkenneet (fix/float)? Kuinka paljon eri havaintotyypeillä lasketut ratkaisut poikkeavat toisistaan? Keskivirheet eri ratkaisutyypeillä. Ratkaisun keskivirheet. Kelvollisiksi vektoreiksi verkkotasoitukseen valitaan kaikki vektorit (myös triviaalivektorit), jotka on havaittu ohjeiden mukaisesti (session pituus yms. huomioon ottaen) ja joissa alkutuntemattomat ovat ratkenneet (alle 20 km pituiset vektorit, tarkoilla radoilla laskettaessa pidemmätkin). Vaihe 2 on kontrollilaskentaa. Tässä vaiheessa jäännösvirheet johtuvat vain alkutuntemattomien ratkaisusta, eri määrästä dataa eri vektoreissa ja mahdollisista likiarvokoordinaattien eroista. Ongelmatapauksissa vektori kannattaa kontrollin vuoksi laskea molempiin suuntiin pitämällä vuorotellen vektorin vastakkaisia päitä kiinteinä. Vaiheessa 3 saadaan eri sessioissa mitattujen vektoreiden yhteensopivuus. Verkkotasoituksen lisäksi kannattaa vertailla toistomitattuja vektoreita. Tässä vaiheessa saadaan kontrolli havaintojen luotettavuudesta, jos verkossa on riittävästi ylimääritystä eli redundanssia (ts. pisteillä on käyty useammin kuin kerran ja sessioissa on yhteisiä pisteitä enemmän kuin yksi). Tasoituksen tuloksena saadaan pisteiden koordinaatit ja niiden kovarianssimatriisi, vektorikomponenttien jäännösvirheet ja painoyksikön keskivirhe. Yleensä a priori painoyksikön varianssi on 1, joten myös a posteriori painoyksikön varianssin tulisi olla 1. Hyvä ohjelma etsii havaintojen joukosta karkeasti poikkeavat havainnot ja testaa painoyksikön varianssin tilastollisesti. Myös sisäisen ja ulkoisen luotettavuuden laskenta kuuluu nykyisin verkkotasoitusten vakiovarustukseen. Jos painoyksikön varianssi poikkeaa merkittävästi ykkösestä, syynä ovat yksittäiset poikkeavat havainnot (outlier) tai alun perin liian optimistiset odotukset havaintojen tarkkuudesta. Tarkastelu voi paljastaa myös vääriä antennin korkeuksia tai huonosti ratkenneita vektoreita, jos pisteillä on mitattu useammin kuin kerran ja jos sessioissa on yhteisiä vektoreita. Korjaavina toimenpiteinä ovat poikkeavien havaintojen poisto (voidaan joutua testaamaan vektori kerrallaan), mahdollinen uusien havaintojen lisääminen ja vektorikomponenttien painotuksen muuttaminen. Tasoituslaskentaraportin analysointiin löytyy lisätietoa liitteestä 3. Vaiheessa 4 verkko kiinnitetään koordinaattijärjestelmään tunnettujen pisteiden avulla. Jos verkkotasoituksen tulokset osoittavat vaiheen 3) jälkeen havaintojen olevan kunnossa, niin vaiheen 4 suuret jäännösvirheet kielivät koordinaattijärjestelmän tai lähtöpisteiden virheistä. Tällaiset tapaukset on syytä raportoida ylemmästä luokasta vastuussa olevalle taholle. 6.2 Reaaliaikainen GNSS-mittaus Reaaliaikaista vaihehavaintoihin perustuvaa GNSS-mittausta (RTK-mittaus) käytetään yleisimmin kartoituksen työvälineenä, mutta sen tarkkuus riittää myös kiintopisteiden mittaamiseen kun noudatetaan tiettyjä periaatteita. Tässä esitetään joitakin tärkeimpiä tekijöitä ja periaatteita havaintojen onnistumiseksi. Lisätietoa löytyy oppikirjoista ja esimerkiksi Geodeettisen laitoksen tiedotteesta /22
12 Reaaliaikaiset GNSS-mittaukset (riippumatta siitä käytetäänkö RTK-korjauksen tuottamiseen yhtä tukiasemaa vai tukiasemaverkkoa) pitäisi suorittaa hyvillä havaintopaikoilla. Erityisesti tukiasemapaikat pitää sijoittaa hyville havaintopaikoille. Havaintopaikkaa valitessa pitää huomioida ainakin ympäristössä olevat esteet (puut, rakennukset, jne.), jotka estävät näkyvyyden satelliitteihin. Hyvällä havaintopaikalla ei ole esteitä satelliitteihin korkeuskulman noin 20 astetta yläpuolella. Myös havaintopaikan läheisyydessä olevat heijastavat pinnat (esim. vedenpinta, metalliaita tai auton katto) voivat huonontaa tarkkuutta, jos GNSS-signaali heijastuu niistä (monitie-eteneminen). Reaaliaikaisissa GNSS-mittauksissa on suositeltavaa käyttää korkeuskulmarajana noin astetta, jolloin saavutetaan paras taso- ja korkeustarkkuuden suhde. Kiintopisteitä mitattaessa antennikorkeuden tulisi olla korkeintaan 2 metriä ja antennin tasattuna kolmijalalla tai sauvassa ollessa tuettuna statiivilla. Kaikkien käytettävissä olevien GNSS-satelliittien hyödyntäminen pelkän GPS:n sijaan lisää satelliittien määrää ja parantaa satelliittigeometriaa. Tämä voi parantaa tarkkuutta ja luotettavuutta etenkin jos havaintopaikka ei ole ideaalinen. Reaaliaikaisia mittauksia tehdessä satelliittien määrä ja satelliittigeometria ovat avainasemassa. Satelliitteja vaaditaan vähintään 5 (6, jos käytössä on GPS+GLONASS), mutta luotettavuuden ja tarkkuuden vuoksi satelliitteja tulisi olla vähintään 7. Havaintoajankohtaa valitessa voi apuna käyttää suunnitteluohjelmaa, mutta satelliittien näkyvyyttä ei voida määrittää tarkkaan kuin täysin aukealla paikalla tai ottamalla huomioon todelliset ympäristön esteet. Useimmiten suunnitteluohjelmasta saatava satelliittien määrä ja satelliittigeometria onkin suuntaa antava. Satelliittigeometriaa kuvaavan PDOParvon tulee olla kiintopistemittauksessa alle 5. Reaaliaikaisen GNSS-mittauksen luonteen vuoksi pitää kiintopisteitä mitatessa tehdä ylimääräisiä havaintoja karkeiden virheiden ja epätarkkuuksien havaitsemiseksi. Tarkkuuden parantamiseksi tallennettava koordinaattihavainto on useamman peräkkäisen havainnon keskiarvo. Tämä voidaan määrittää RTK-laitteen asetuksissa ja arvoksi asetetaan 5 30 havaintoa (päivitystiheydellä 1 sekunti tarkoittaa 5 30 sekunnin mittausta). Mittauksen keskiarvoistamisen lisäksi RTK-laite pitää alustaa ennen jokaista yksittäistä mittausta, jolloin satelliittien ja vastaanottimen väliset alkutuntemattomat määritetään jokaiselle mittaukselle erikseen. Tällöin mittaukset ovat alkutuntemattomien suhteen keskenään riippumattomia ja tulosten luotettavuus paranee. Alustus kestää normaaliolosuhteissa alle 40 sekuntia (68 % alustuksista) ja jos alustusta ei ole saatu 1 2 minuutin kuluessa pitää alustus aloittaa uudelleen. Alustuksen viivästyminen on usein merkki ongelmista (esim. katkonainen signaali esteiden vuoksi, tiedonsiirto-ongelmat tai aktiivinen ionosfääri) ja siten riski alustuksen virheellisyyteen kasvaa. Kiintopistemittauksissa peräkkäisistä mittauksista (omat alustukset) muodostetaan mittaussarjoja, joista lopulliset koordinaatit lasketaan. Tarvittaessa mitataan useampi sarja, joiden välissä satelliittigeometria on ehtinyt muuttua. Kiintopisteen koordinaatit määritetään siis esimerkiksi keskiarvona kahdesta sarjasta, joissa on viisi mittausta/sarja ja 10 havaintoa/mittaus. Laite alustetaan ennen jokaista mittausta ja sarjojen välillä pidetään tauko. Luotettavuuden parantamiseksi tehdään toistomittausten lisäksi myös kontrollimittauksia pisteillä, joille on määritetty luotettavat koordinaatit muulla kuin reaaliaikaisella GNSS-mittausmenetelmällä ja verrataan RTK-mittauksen tuloksia pisteen tunnettuihin koordinaatteihin. 6.3 Takymetrimittaukset Kiintopisteiden koordinaatteja on perinteisesti määritetty kulma- ja etäisyyshavaintojen avulla kolmio-, suurmonikulmio- tai jonomittauksilla. EUREF-FIN -koordinaattijärjestelmässä käyttökiintopisteiden (E5-E6) mittaamiseen voidaan käyttää jonomittauksia. Jonomittauksessa käytetään takymetriä tai teodoliittia ja erillistä etäisyysmittaria. Jonomittauksella tarkoitetaan tunnetusta pisteestä toiseen kulkevan murtoviivan mittausta taitepisteissä tehtävin kulma- ja etäisyyshavainnoin. Jonomittausta käytetään pääasiassa tasokoordinaattien määrittämiseen. Jonomittausten havainto- ja laskentakoordinaatisto on alueella käytössä oleva tasokoordinaatisto. Menetelmällä voidaan määrittää pisteille myös korkeuskoordinaatti. 12/22
13 Jonomittauksessa lähtöpisteinä käytetään vähintään kahta ylemmän luokan kiintopistettä, joiden välillä uusien pisteiden muodostama jono kulkee mahdollisimman suoraviivaisesti pisteiden välimatkojen ollessa suunnilleen yhtä pitkiä. Liittyminen ylemmän luokan pisteisiin suositellaan tehtäväksi täydellisenä liitoksena eli liitossuunnat havaitaan jonon molemmissa päissä. Erityisistä syistä liitos voidaan tehdä myös ns. koordinaattiliitoksena ilman sulkupisteellä tehtäviä kulmahavaintoja. Jonoissa ei saa olla piikkipisteitä. Pisteiden suunnittelussa on otettava huomioon pisteiden välinen esteetön näkyvyys. Läheltä maanpintaa kulkevia tähtäyksiä on pyrittävä välttämään. Koje pystytetään kolmijalan ja luodin avulla suoraan mitattavan pisteen yläpuolelle. Mikäli pisteille määritetään myös trigonometriset korkeudet, kojeen korkeus pisteestä on määritettävä luotettavasti 1 mm tarkkuudella. Sekä kojeen että tähysten korkeudet mitataan ennen havaintojen aloittamista ja havaintojakson jälkeen. Mittauksen tiedot on talletettava tiedostoon tai havaintolomakkeelle. Havaintotyössä käytetyn kojeen pitää olla kalibroitu ja sen virheet on tunnettava. Samoin on kalibroitava jonomittauskaluston pakkokeskitysalustat. Takymetrin kanssa on käytettävä saman koje- eli laitekorkeuden käsittävää prisma- ja tähyssarjaa alustoineen. Epäkeskisten prismojen käyttöä kannattaa välttää. Takymetrihavaintojen yhteydessä kirjataan säätilatiedot ja ne huomioidaan tasoituslaskennassa. Havainnot tallennetaan alkuperäisinä eli niihin ei lasketa maastossa esim. sääkorjauksia. 7 EUREF-FIN-kiintopisteiden koordinaattien määrittäminen Peruskiintopisteiden (luokat E1-E4) määrittämiseen tulee käyttää staattista relatiivista eli suhteellista GNSSmittausta. Alemmissa käyttöpisteluokissa E5-E6 voidaan käyttää lisäksi kulma- ja etäisyyshavaintoja (takymetrimittaus) ja reaaliaikaista (kinemaattista) GNSS-mittausta (RTK). Yhdellä GNSS-vastaanottimella tapahtuvaa PPP-mittausta (Precise Point Positioning) ei saa käyttää EUREF-FIN-kiintopisteiden mittaamiseen, koska tällöin mitattava piste sidotaan ainoastaan satelliitteihin (ja niiden koordinaattijärjestelmään) eikä tuloksia saada EUREF-FIN -koordinaattijärjestelmään ilman muuntamista. Kiintopisteiden mittaamisessa käytetään vähintään yhtä luokkaa ylempiä lähtöpisteitä kuin mihin määritettävät (mitattavat) kiintopisteet halutaan. Jos lähtöpisteitä on vähintään kahdessa eri luokassa, määritettävien pisteiden luokaksi tulee yhtä alempi kuin alimman luokan lähtöpisteen luokka. EUREF-FINkiintopisteiden mittaamisessa voidaan lähtöpisteinä käyttää sekä passiivisia että aktiivisia kiintopisteitä tai molempia (aktiivisia pisteitä ainoastaan GNSS-mittauksessa). Mittausmenetelmä E1-E2 E3-E4 E5-E6 Staattinen GNSS x x x Reaaliaikainen GNSS x Takymetrimittaukset x Taulukko 1. Mittausmenetelmä eri EUREF-FIN-kiintopisteluokissa. 7.1 Kiintopistemittausten kontrollointi Kiintopisteiden määritystä voidaan kontrolloida mittauksen suunnittelu-, kenttätyö- ja havaintojen jälkikäsittelyvaiheissa. Kontrollointi perustuu osittain tunnuslukuihin ja osittain sanallisiin ohjeisiin. E1- pisteluokka on olemassa oleva jo mitattu ja laskettu luokka, johon muut pisteluokat perustuvat. Passiivisten pisteiden osalta myös E2-luokka on valmis eikä sen ohjeistus ole enää ajankohtaista. Aktiivisen E2-luokan osalta annetaan ohjeet luvussa 5.3. Seuraavat ohjeet suunnittelun, mittausten ja laskennan kontrolloinnista koskevat pisteluokkia E3-E6. Lisäksi ohjeistus koskee kiintopisteverkkojen luomista, tihentämistä ja uudelleenmittausta (saneerausta), mutta esim. yksittäisten hävinneiden pisteiden täydennysmittauksissa voidaan ohjeista tietyin varauksin poiketa (luku 7.4). Hävinneiden pisteiden tapauksessa on arvioitava milloin verkosta on tullut liian epäyhteneväinen, jolloin verkko on syytä saneerata. 13/22
14 Suunnitteluvaiheen kontrollointi koskee pisteiden valintaa, verkon rakennetta ja toistomittauksia. Maastotyötä kontrolloidaan lähinnä antennin pystytykseen ja keskistykseen liittyvillä määräyksillä ja vastaanottimeen mahdollisesti syötettävillä parametreilla, kuten havaintoväli ja korkeuskulmamaski. Vaikka laskennasta saadaankin tarkkuutta kuvaavia tunnuslukuja, ne eivät yksinään riitä pisteiden luokittelun perustaksi. Myös suunnittelu ja maastossa tapahtuva mittaus tulee tehdä annettujen ohjeiden mukaisesti. Seuraavassa on esitetty taulukkomuodossa luokittain kiintopistemittauksen kontrollointi jaettuna suunnitteluun, mittaukseen ja jälkikäsittelyyn. Mikäli mittausalueella (määritettävien pisteiden rajaama alue verkossa) on olemassa saman luokan kiintopisteitä kuin mitä ollaan mittaamassa, niitä pitää ottaa mukaan kontrollipisteiksi. Kontrollipisteitä ei käytetä lähtöpisteinä, vaan niille jo määritettyjä koordinaatteja verrataan uuteen määritykseen ja erosta voidaan arvioida uuden mittauksen yhteensopivuutta alueella jo olevaan pisteistöön. Jos kontrollipisteen uuden määrityksen koordinaatit menevät taulukkojen 3 6 toleransseihin, katsotaan uuden mittauksen olevan yhteensopiva vanhan kanssa. Tällöin kontrollipisteiden alkuperäiset koordinaatit jäävät voimaan. Muussa tapauksessa pitää selvittää mistä ero johtuu. Mahdollisia syitä voivat olla vanhan tai uuden mittauksen virheet, pisteen liikkuminen tai usean pisteen tapauksessa koordinaatiston deformoituminen, jolloin pitää arvioida koordinaatiston saneeraustarve. Kontrollipiste Uusi piste Kuva 5. Esimerkki kontrollipisteiden valinnasta. Kuvan alueelle mitataan 5 uutta E3 -luokan pistettä, jolloin kontrollipisteitä on mitattava 4 kpl (kaavan 3+0.2*5 -mukaisesti, kts. Taulukko 3). Taulukkoon 2 on koottu (kuvaan 4 perustuen) suositeltavia vähimmäishavaintoaikoja eri koordinaattiluokilla. Havaintosession havaintoaika määräytyy aina kyseessä olevan session pisimmän vektorin mukaan ja vähimmäishavaintoaika määritettävän kiintopisteen luokassa voidaan interpoloida taulukon arvoista. Alle 30 minuutin havaintoaikoja ei saa staattisessa GNSS-mittauksessa käyttää. Jos havaintoaika on yli tunnin, suositellaan vektoriratkaisussa käytettäväksi tarkkoja ratoja. Kun verkko on suurempi kuin 200 km, maannoususta tulee merkittävä virhelähde, joka on syytä huomioida laskennassa. Vektorin pituus Mittausjakson pituus eri koordinaattiluokissa E1 E2 E3 E4 E5 E6 10 km - 2 h 1 h 1 h 30 min 30 min 30 km 8 h 6 h 2,5 h 1,5 h 30 min 30 min 50 km 15 h 9 h 4,5 h 2,5 h 1 h 30 min 100 km 19 h 13 h 8 h 5 h 3 h 2 h > 100 km 24 h 24 h Taulukko 2. Suositeltavia vähimmäishavaintoaikoja staattiselle GNSS-mittaukselle. Havaintojakson (session) pisin vektori määrittää vaadittavan havaintoajan. Tarvittaessa havaintoaikoja voi arvioida muille etäisyyksille interpoloimalla taulukosta. Yli tunnin pituisille havaintojaksoille tulisi laskennassa käyttää tarkkoja ratoja. 14/22
15 Esimerkki: Mitataan pisteitä E4-luokkaan havaintosessiossa, jossa session pisin vektori on 5 km. Taulukosta saatava suositeltava havaintoaika kyseiselle sessiolle on noin tunti, sillä vähimmäishavaintoaika E4-luokassa on tunti (luetaan riviltä 10 km). Vastaavasti, jos pisin vektori olisi 20 km, saadaan taulukosta interpoloiden väliltä 10 km ja 30 km havaintojaksoksi noin tunti 15 minuuttia. 7.2 Peruskiintopisteverkkojen (E3-E4) mittaaminen ja kontrollointi EUREF-FIN -koordinaattijärjestelmän peruskiintopisteet (luokat E3 ja E4) pitää aina mitata staattisella GNSS-mittauksella verkkona. Peruskiintopisteiden mittaamiseen saa käyttää ainoastaan GNSS-laitteen keräämää dataa, joten millään tavalla (jälkikäteen) generoitua tai manipuloitua dataa ei saa käyttää kiintopisteiden koordinaattien määrittämiseen. Esimerkki tällaisesta datasta on tukiasemaverkosta (toiseen sijaintiin) generoidut havainnot. Perusrunkoverkon E3-luokan pisteiden suositeltava pisteväli on noin 4 10 km riippuen kunnan koosta ja infrastruktuurista. Perusrunkoverkon E4-luokan pisteet suositellaan rakennettaviksi siten, että pisteiden väli on vähintään 500 m ja korkeintaan 5 km riippuen esimerkiksi alueen kaavoituksesta. Peruskiintopisteinä voidaan käyttää myös vanhoja kolmiopisteitä, joille on mitattu tai mitataan EUREF-FIN-koordinaatit. Tästä on etua esimerkiksi, jos kuntaan on tarve määrittää muunnosparametrit kunnan koordinaattijärjestelmästä EUREF-FIN:iin. Mittaus pitää toteuttaa taulukon 3 mukaisesti. Lähtöpisteitä pitää olla vähintään kolme, määritettäviä pisteitä mitataan vähintään kahdella samanaikaisesti havaitsevalla vastaanottimella silmukoina ja kontrollipisteitä pitää ottaa mukaan verkkoon taulukon 3 mukaisesti, mikäli niitä on mittausalueella. Sunnittelussa E3 E4 Lähtöpisteiden valinta Luokka E1-E2 E1-E3 Vähintään kolme mittausalueen ulkopuolista pistettä. Lukumäärä Mittausalueella tarkoitetaan määritettävien pisteiden rajaamaa aluetta verkossa. Mittausalueelta Vähintään E2-luokan pisteet Vähintään E3-luokan pisteet Etäisyys mittausalueen rajalta Enintään 100 km Sijainti Uloimmaiset lähtöpisteet sulkevat mitattavan alueen sisäänsä. Kontrollipisteiden valinta (mikäli mittausalueella on ko. luokan pisteitä) Luokka E3 E4 Lukumäärä (N on määritettävien pisteiden lukumäärä) 3+0,2*N Sijainti Mittausalueelta ja korkeintaan 5 km etäisyydeltä mittausalueen reunoista. 2+0,2*N Mittausalueelta ja korkeintaan 3 km etäisyydeltä mittausalueen reunoista. Verkon rakenne Rakenne Kolmioverkko Monikulmioverkko Riippumattomien vektoreiden lukumäärä silmukassa Vektoreita jokaisesta lähtöpisteestä määritettäviin pisteisiin Vähintään 2 Yhtä aikaa havaitsevien vastaanottimien lukumäärä määritettävillä kiintopisteillä Vähintään 2 Jonomaisuus Kaikkien pisteiden sisällyttävä johonkin verkon silmukkaan (ei piikkipisteitä). Piste mukana vähintään kahdessa sessiossa Kyllä Yhteisiä pisteitä vierekkäisillä silmukoilla 2 Vähintään 2 Suositeltava pisteväli 4 10 km 0,5 5 km Toistettavien riippumattomien vektoreiden 15 % suunnitellun verkon vektoreista 15/22
16 lukumäärä Vierekkäisten pisteiden väli mitattava suoraan Havaintojaksojen suunnittelu Havaintojakson vähimmäispituus Kyllä, jos etäisyys on alle 20 % muuta reittiä pitkin saatavasta etäisyydestä tai jos pisteiden välillä näköyhteys. Pisimmän sessioon kuuluvan vektorin etäisyyden perusteella, kuitenkin vähintään 1 h. Yhden vektorin 3D pistevirhe 15 mm. PDOP Enintään 5 Satelliittien lukumäärä (75 % ajasta) Vähintään 5 Havaintopaikan laatu (esteisyys) Pisimmän sessioon kuuluvan vektorin etäisyyden perusteella, kuitenkin vähintään 1 h. Yhden vektorin 3D pistevirhe 20 mm. Mahdollisimman avoin korkeuskulman yläpuolella. Vältettävä monitieheijastumista aiheuttavia olosuhteita. Maastossa E3 E4 Suositeltava havaintoväli Aikaväli toistettaville vektoreille vähintään Antennin keskistys Antennin korkeuden mittaus ja keskityksen tarkistus Poikkeama antennin korkeuden mittauksessa enintään Korkeuskulmamaski havaittaessa (vastaanottimessa) 1,5,10,15 tai 30 s 60 min Keskistys 1 mm:n tarkkuudella. Joka sessioon jokaiselle pisteelle oma keskistys. Tasain ja luoti tarkistetaan säännöllisesti. Ennen ja jälkeen havaintojakson 3 mm 5 astetta Jälkikäsittelyssä E3 E4 Verkon laskenta yhtenä tasoituksena Havaintojen katkaisukulma laskennassa Alkutuntemattomien ratkaisu vektorilaskennassa Radat Vektorilaskennassa käytettyjen koordinaattien likiarvojen poikkeama lopullisista enintään Kyllä astetta Vain fix-ratkaisut hyväksytään Tarkat (satelliittien lähettämät kelpaavat, jos kaikki vektorit alle 10 km) 10 m (likiarvon tarkkuudeksi riittää navigointiratkaisusta saatava koordinaattiarvo) Pisteiden enimmäislukumäärä silmukoiden sulkuvirheanalyysissä 4 6 Silmukan enimmäispituus sulkuvirheanalyysissä 40 km 30 km Pistesulkuvirhe enintään 60 mm 75 mm Suurin sallittu standardisoitu residuaali vapaan verkon tasoituksessa Suurin sallittu ero kahteen kertaan havaittujen vektoreiden osalta 70 mm (3D) 28 mm (taso), 56 mm (korkeus) 25 mm (taso), 50 mm (korkeus) mm (3D) 30 mm (taso), 60 mm (korkeus) 33 mm (taso), 50 mm (korkeus) Suurin sallittu ero kontrollipisteen (saman luokan piste) koordinaattien ja uuden määrityksen välillä Vapaan verkon (yksi piste lähtöpisteenä) ja Alle 25 mm (maannousumallin käyttö voi auttaa) kiinnitetyn verkon tasoitusten koordinaattiero Maannousu huomioitava, jos verkon koko yli 200 Kyllä km Taulukko 3. Peruskiintopisteiden (E3-E4) suunnittelun mittauksen ja laskennan kontrollointi. 7.3 Käyttökiintopisteiden (E5-E6) mittaaminen ja kontrollointi Käyttökiintopisteiden mittaamisessa lähtöpisteinä käytetään pääasiassa paikallisia peruskiintopisteitä (E3- E4) tai aktiivisia E2-luokan GNSS-tukiasemia. Käyttökiintopisteet voidaan mitata staattisella GNSSmittauksella, reaaliaikaisella GNSS-mittauksella (RTK tai Verkko-RTK) sekä takymetrillä jonomittauksena tai verkkona. Käyttöpisteiden tyypillinen pisteväli on m, mutta voi olla pidempikin riippuen 16/22
17 ylemmän luokan pistetiheydestä. On kuitenkin huomattava ettei GNSS-mittauksilla saa mitata alle 500 metrin etäisyydellä toisistaan olevia pisteitä, mikäli pisteiden välistä vektoria ei mitata Staattinen GNSS-mittaus Käyttöpisteitä saa mitata verkkona, jonona tai yksi piste kerrallaan. Verkko, jono tai yksittäinen piste pitää sitoa kolmeen ylemmän luokan kiintopisteeseen. Lähtöpisteistö voi koostua aktiivisista ja/tai passiivisista kiintopisteistä. Käytettäessä passiivisia kiintopisteitä on ne syytä valita mittausalueelta tai sen läheisyydestä. Pelkästään aktiivisia kiintopisteitä käytettäessä, mittausalueella olevia passiivisia kiintopisteitä ei tarvitse käyttää lähtöpisteinä. Mittausalueelta on kuitenkin valittava vähintään yksi kontrollipiste, jos alueella on saman tai ylemmän luokan pisteitä. GNSS-mittauksilla määritettävien pisteiden välisten etäisyyksien on oltava vähintään 500 m, mikäli pisteiden välistä vektoria ei mitata. Jos mitataan vain yhdellä vastaanottimella sitoen aktiivisiin asemiin, ei määritettäville pisteille saada keskinäistä kontrollia. Laskenta on tehtävä jälkilaskentana ja virheyhtälötasoituksena. Sunnittelussa E5 E6 Lähtöpisteiden valinta Luokka, vähintään E4 E5 Lukumäärä Vähintään kolme Etäisyys mittausalueen rajalta Enintään 100 km Sijainti Mittausalueelta tai sen ulkopuolelta Kontrollipisteiden valinta (mikäli mittausalueella on ko. luokan pisteitä) Luokka, vähintään E5 E6 Lukumäärä Vähintään yksi piste / mittausalue Sijainti Mittausalueelta tai korkeintaan 1 km:n etäisyydeltä mittausalueen reunoista Verkon rakenne Yhtä aikaa havaitsevien vastaanottimien lukumäärä määritettävillä kiintopisteillä Vähintään 1 Suositeltava pisteväli m Vierekkäisten pisteiden väli mitattava suoraan Kyllä, jos etäisyys alle 500 m ja suositeltavaa, jos pisteiden välillä näköyhteys. Havaintojaksojen suunnittelu Havaintojakson vähimmäispituus Pisimmän sessioon kuuluvan vektorin etäisyyden perusteella, kuitenkin vähintään 30 min. PDOP Enintään 5 Satelliittien lukumäärä (75 % ajasta) Vähintään 5 Havaintopaikan laatu (esteisyys) Mahdollisimman avoin korkeuskulman yläpuolella. Vältettävä monitieheijastumista aiheuttavia olosuhteita. Maastossa E5 E6 Suositeltava havaintoväli Antennin keskistys Antennin korkeuden mittaus ja keskityksen tarkistus Poikkeama antennin korkeuden mittauksessa enintään Korkeuskulmamaski havaittaessa (vastaanottimessa) 1,5,10,15 tai 30 s Keskistys 1 mm:n tarkkuudella. Tasain ja luoti tarkistetaan säännöllisesti. Ennen ja jälkeen havaintojakson 3 mm 5 astetta Jälkikäsittelyssä E5 E6 Havaintojen katkaisukulma laskennassa Alkutuntemattomien ratkaisu vektorilaskennassa astetta Vain fix-ratkaisut hyväksytään 17/22
18 Tarkat (satelliittien lähettämät kelpaavat, jos kaikki vektorit alle Radat 10 km) 10 m Vektorilaskennassa käytettyjen koordinaattien (likiarvon tarkkuudeksi riittää navigointiratkaisusta saatava likiarvojen poikkeama lopullisista enintään koordinaattiarvo) Ero kontrollipisteiden koordinaatteihin N,E: 40 mm komponenteittain h: 70 mm Vapaan verkon (yksi piste lähtöpisteenä) ja Alle 25 mm (maannousumallin käyttö voi auttaa) kiinnitetyn verkon tasoitusten koordinaattiero Taulukko 4. Käyttökiintopisteiden (E5-E6) mittaaminen staattisella GNSS-mittauksella Reaaliaikainen GNSS-mittaus Reaaliaikaista vaihehavaintoihin (vähintään L1+L2) perustuvaa GNSS-mittausta (RTK-mittaus yhden tukiaseman tai tukiasemaverkon avulla) voidaan käyttää paikallisten käyttöpisteiden (luokat E5-E6) mittaamiseen. Tällöin tukiasemalla on oltava vähintään yhtä luokkaa ylemmällä kiintopisteellä. Mittaustapa määrittelee, kumpaan luokkaan mittaus voidaan hyväksyä. Kiintopisteitä mitattaessa antennikorkeuden tulisi olla korkeintaan 2 metriä ja antennin tasattuna kolmijalalla tai sauvassa ollessa tuettuna statiivilla. Käyttöpisteiden mittaus aloitetaan tarvittaessa mittausalueella tukiaseman pystyttämisellä. Oman tukiaseman tapauksessa tarkistetaan tukiaseman koordinaatit ja antennikorkeudet ennen mittausten aloittamista. Varsinainen mittaaminen tapahtuu seuraavissa vaiheissa: Mitataan yksi testipiste ennen mittausten aloittamista laitteen toimivuuden testaamiseksi esimerkiksi asetusten osalta ja tarkistetaan vaatimusten täyttyminen. Vaatimukset ovat samat kuin kontrollipisteillä. Testipisteenä voidaan käyttää samaa tai ylempää luokkaa olevaa kiintopistettä, joka voi olla esimerkiksi toimiston pihalla tai mittausalueella. Mitataan käyttökiintopisteet vaatimusten mukaisesti. Käyttökiintopisteiden mittausten ohessa mitataan kontrollipisteitä tarpeen mukaan, jos saman luokan pisteitä on mittausalueella. Mitataan lopuksi testipiste ja tarkistetaan vaatimusten täyttyminen. Vaatimukset mittausten suorittamiselle ja kontrolloimiselle on esitetty taulukossa 5. Jos yksittäisten alustusten tai sarjojen kontrolliarvot ylittyvät, pitää tehdä lisämittauksia tai -sarjoja. Suunnittelussa E5 E6 Lähtöpisteiden valinta Maksimietäisyys siirrettävään tukiasemaan (koskee perinteistä RTK-mittausta) 10 km 15 km Tukiasemat, vähintään luokkaa E4 E5 Kontrollipisteiden valinta (mikäli mittausalueella on ko. luokan pisteitä) Kontrollipisteiden luokka, vähintään E5 E6 Kontrollipisteiden lukumäärä Vähintään yksi piste / mittausalue Maastossa E5 E6 Tukiaseman pystytys Tukiaseman keskistystarkkuus Liikkuvan yksikön pystytys Jalusta ja pakkokeskistysalusta tai pilaripiste. 1 mm Jalusta ja pakkokeskistysalusta tai korkeintaan 2 m:n sauva statiivilla tuettuna. 5 mm Liikkuvan yksikön keskistystarkkuus Korkeuskulmamaski: - tukiasemalla 5 10 astetta - liikkuvassa yksikössä astetta PDOP enintään 5 Satelliittien lukumäärä vähintään 6 Havaintoväli 1 s 1 s 18/22
19 Havaintoja / mittaus Mittauksia / sarja 5 Sarjojen lukumäärä 2 1 Omat alustukset jokaiseen mittaukseen Kyllä Alustusaika korkeintaan 2 min Aika sarjojen välissä vähintään 45 min - Sarjan (erillisten alustusten) max-min ero enintään/komponentti N,E: 20 mm h: 40 mm Sarjojen max-min ero komponenteittain Ero kontrollipisteiden koordinaatteihin komponenteittain Alkuperäisten koordinaattien (XYZ tai h ) tallennus Sauvan antenninkorkeuden tarkistus ennen ja jälkeen mittauksen Testipisteen mittaus ennen ja jälkeen uusien pisteiden mittauksen Jälkikäsittelyssä N,E: 40 mm h: 70 mm N,E: 40 mm h: 70 mm Lopullisten koordinaattien laskenta Sarjojen keskiarvo Mittausten keskiarvo Taulukko 5. Käyttökiintopisteiden (E5-E6) mittaaminen reaaliaikaisella GNSS-mittauksella. Kyllä Kyllä Kyllä Kulma- ja etäisyyshavainnot Käyttökiintopisteitä mitattaessa jonojen pituudet saavat olla E5-luokassa enintään kaksi kilometriä. Jonossa saa olla korkeintaan kahdeksan uutta pistettä ja sivujen pituudet ovat tyypillisesti m. E6-luokassa jonon pituus saa olla enintään viisi kilometriä. Jonossa saa olla korkeintaan 20 uutta pistettä ja sivujen pituudet ovat tyypillisesti m. Jonoista on suositeltavaa muodostaa verkkoja solmupisteiden avulla. Liittyminen ylemmän luokan pisteisiin suositellaan tehtäväksi täydellisenä liitoksena. Etäisyydet ja pystykulmat havaitaan jonosivun molemmista päistä. Jonomittauksessa käytettävien kojeiden keskivirheiden tulee täyttää taulukossa 6 esitetyt vaatimukset. Taulukossa on esitetty myös tehtävien havaintosarjojen lukumäärät riippuen kiintopisteen tarkkuusvaatimuksista. Tarvittaessa havaitaan lisäsarjoja. Kojeiden tarkkuusvaatimukset E5 E6 Yhden suuntahavainnon keskivirhe 0.6 mgon 1.0 mgon Yhden korkeuskulmahavainnon keskivirhe 1.5 mgon Yhden etäisyyshavainnon keskivirhe 3 mm + 2 ppm 5 mm + 5 ppm Sunnittelussa E5 E6 Lähtöpisteiden valinta Luokka, vähintään E4 E5 Lukumäärä Vähintään kaksi Kontrollipisteiden valinta (mikäli mittausalueella on ko. luokan pisteitä) Luokka, vähintään E5 E6 Lukumäärä Vähintään yksi piste / mittausalue Sijainti Näköetäisyydellä jonon pisteisiin Verkon rakenne Rakenne Yksittäinen jono tai jonoverkko Jonon pituus, enintään 2 km 5 km Määritettäviä pisteitä jonossa, korkeintaan 8 20 Havainnot E5 E6 Keskistystarkkuus 1 mm Koje-, tähys- ja prismakorkeuden mittaustarkkuus 2 mm Kulmahavainnot, sarjojen lukumäärä 4 2 Sarjojen Max-min enintään 2.0 mgon 3.0 mgon 19/22
20 Etäisyyshavainnot Etäisyyshavaintojen max-min enintään 15 mm 20 mm Laskenta E5 E6 Sivun eri päistä havaittujen redukoitujen etäisyyksien ero, enintään 6 mm 10 mm Pistevälin edestakaisten korkeuserojen summa, enintään, s on sivun pituus [km] 30* (2*s) mm 35* (2*s) mm Pistesulkuvirhe w p, enintään (tasoittamattomat havainnot), L on jonon pituus [km] 45*L mm 90*L mm Korkeussulkuvirhe, enintään (redukoiduilla havainnoilla), L on jonon pituus [km] 30* L mm 35* L mm Ero kontrollipisteiden koordinaatteihin komponenteittain N,E: 40 mm h: 70 mm Taulukko 6. Käyttökiintopisteiden (E5-E6) mittaaminen takymetrimittauksilla. Monikulmiojonojen muodostamat verkot lasketaan yleensä virheyhtälötasoituksena. Yksittäisiä jonoja voidaan tasoittaa myös ns. jonotasoituksena. Mitatulle jonolle lasketaan tasoittamattomilla havainnoilla aina pistesulkuvirhe. Lopullisessa jonoverkon virheyhtälötasoituksessa on huolehdittava siitä, että karkeat virheet on eliminoitu. Tasoittamattomilla havainnoilla lasketaan jonolle koordinaattisulkuvirheet w x ja w y, joista saadaan pistesulkuvirhe: w p = w 2 2 x w y [ m ] Jos taulukon 6 arvot ylittyvät sivun tai jonon kontrolliarvojen osalta, pitää tehdä uusintamittauksia. 7.4 Kadonneiden pisteiden korvaaminen ja verkon saneeraus Rakentamisen seurauksena kiintopisteitä katoaa. Tällöin kadonneet pisteet on korvattava uusilla tarvittavan pistetiheyden säilyttämiseksi. Uusien korvaavien pisteiden mittaamisessa noudatetaan pääsääntöisesti samoja ohjeita, kuin uuden verkon mittaamisessa. Edellä olevista ohjeista voidaan poiketa yksittäisen pisteen ja pisteparin korvaamisessa luokissa E3 ja E4. Yksittäinen piste sidotaan vähintään kolmeen ylempiluokkaiseen lähtöpisteeseen ja yhteensopivuus lähipisteiden kanssa varmistetaan mittaamalla vektorit uudesta pisteestä suoraan kontrollipisteisiin. Kontrollipisteiden valinnassa on kiinnitettävä erityistä huomiota lähipisteiden yhteensopivuuteen valitsemalla lähimmät samanluokkaiset pisteet. Kun naapuripisteitä on kadonnut enemmän kuin yksi, on korvaavien pisteiden välinen vektori mitattava suoraan. Yli kolmen lähipisteen katoaminen vastaa uuden verkon mittausta, jolloin noudatetaan taulukon 3 ohjeita. Koko verkon tai sen osan saneeraustarve syntyy, kun pisteistö ei enää ole keskenään yhteensopiva. Tämä näkyy mittauksissa toistuvina kontrollirajojen ylityksinä. Tällöin noudatetaan uuden verkon mittaamiseen tarkoitettuja ohjeita taulukoiden 3 6 mukaisesti. Yksittäisen huonosti muiden kanssa yhteensopivan pisteen uudelleen mittaamisessa noudatetaan samoja periaatteita kuin kadonneen pisteen korvaamisessa. Tällöin piste saa uuden pistenumeron ja uudet koordinaatit. 7.5 Dokumentointi ja koordinaattien toimittaminen valtakunnalliseen kiintopisterekisteriin Valtion viranomaisten mittaamien kiintopisteiden tiedot on tallennettu Maanmittauslaitoksen ylläpitämään kiintopisterekisteriin ja pisteselostuksia saa Maanmittauslaitoksen Karttapaikalta tai sähköpostitse Myös kuntien peruskiintopisteet luokissa E3 ja E4 voidaan lisätä valtakunnalliseen kiintopisterekisteriin, mikäli kunta toimittaa Maanmittauslaitokselle pisteiden 20/22