Slik virker teknologien som frir oss fra kart og kompass

[Redaksjonen.]

Vi peiler oss inn mot satellitter i rommet for å holde orden på alt fra banktransaksjoner til kraftnett.

Slik virker teknologien som frir oss fra kart og kompass

[Simen1]

GPS frir oss ikke fra kart. GPS kan i likhet med kompass brukes i kombinasjon med kart. Digitale eller analoge. Det er heller ikke alle GPSer som har innebygget kompass så den erstatter strengt tatt ikke kompasset heller. Å vite posisjon er ikke det samme som å vite retning. Jeg ser på GPS som et hendig navigasjonsverktøy som supplerer digitale eller analoge kart og kompass.

[rankine]

Det stemmer ikke at man klarer seg med 3 satellitter for å bestemme posisjon, det trengs faktisk 4. Grunnen til dette er at klokken i GPS-mottakeren må synkroniseres for å kunne regne ut avstanden til satellittene, og dette gjøres sammen med selve avstandsberegningene. Man kan tenke på mottaker-klokken som en vanlig unøyaktig klokke, med en viss ukjent tidsbias eller tidsforskjell til sann GPS-tid. Hvis man ikke vet denne tidsbiasen, kan man heller ikke vite hva som er avstandene til GPS-satellittene, siden avstandsmåling i bunn og grunn er tidsforskjell fra signalet ble sendt til det ble mottatt, ganget med lyshastigheten (s=v*t). Man må dermed finne tidsbiasen også (eller "synkronisere med GPS-tid"), og dermed trenger man mer informasjon enn man får fra kun 3 satellitter. 

 

Man kan se på det hele som et ligningssystem med 4 ukjente, posisjon (3 ukjente: X, Y, Z), og tidsbias for GPS-mottaker-klokken. For å få en løsning trenger man 4 uavhengige avstandsmålinger, eller 4 forskjellige satellitter.

[Simen1]

Men er ikke tids-biasen proporsjonal med høyden (over senter av satelittbanene)? Slik jeg har forstått det så trengs det tre sattelitter for å finne posisjon (breddegrad, lengdegrad). Vanligvis er jo høyden gitt av gps-enhetens innebygde kart slik at tids-biasen bare har én løsning som er på bakkenivå.

 

Dvs. at man først trenger fire når man skal bevege seg opp fra bakken.

Endret 26. desember 2016 av Simen1

[rankine]

Men er ikke tids-biasen proporsjonal med høyden (over senter av satelittbanene)? Slik jeg har forstått det så trengs det tre sattelitter for å finne posisjon (breddegrad, lengdegrad). Vanligvis er jo høyden gitt av gps-enhetens innebygde kart slik at tids-biasen bare har én løsning som er på bakkenivå.

 

Dvs. at man først trenger fire når man skal bevege seg opp fra bakken.

 

I prinsippet trenger man ikke 4 satellitter hvis man er på bakken, men jeg ser en del problemer med dette.

 

Det er langt fra alle GPS-mottakere som har innebygd kart, mange er bare en enkelt modul som gir posisjon. Selv om man har innebygget kart så kreves det faktisk en svært detaljert høydemodell for å vite hvor høyt over havet man er, for posisjon uten store feil. Jeg tror neppe vanlige bil-GPS-er har dette for eksempel, de har stort sett informasjon om hvordan veinettet ser ut. Jeg kommer heller ikke på mange andre typer som har dette innebygd, kanskje med unntak av håndholdte mottakere for turbruk. Selv her tviler jeg på at man har stor nok nøyaktighet til at det er effektivt. Unntaket her er kanskje maritime GPS-er hvor det er enkelt å holde styr på høyden over havet. Til gjengjeld må man i såfall konfigurere GPS-en med hvor høyt den er montert over overflaten, ellers får man feil. 

 

Et annet problem med GPS som antar en høyde som er på bakken, er at man også får en mer komplisert GPS-mottaker siden man må lese kart og integrere dette sammen med resten av elektronikken. Her må man også inn med mer avanserte søkealgoritmer som søker etter punkter i kartet som gir riktig løsning. Ellers vet jeg ikke om det kan oppstå flere ulike løsninger for tidsbiasen i terreng med store høydevariasjoner, men det tror jeg nok. Jeg ser for meg at det er lettere med et system som bruker høydeinformasjon hvis det er relativt flatt (feks hav).

 

Ellers skal det sies at jeg ikke vet om dette brukes i praksis eller ikke, men det er uansett et spesialtilfelle for GPS-er. Svært mange av GPS-mottakerne jeg har brukt har i hvert fall ikke har noen høydemodell tilgjengelig, både av billige GPS-er som man får under hundrelappen til de som er i den andre enden av prisskalaen.

[Börje Forssell]

Artikkelen inneholder flere direkte feil og noen unøyaktigheter. (Kan det virkelig være så vanskelig?) Vi kan begynne med ordet synkronisering. Synkro betyr samme tid. Det finnes ikke to klokker i hele verden som går helt likt, og påstanden "I telekommunikasjon synkroniseres nettverkene mot satellittene" er feil. Satellittid brukes som tidsreferanse, ikke for synkronisering. Påstanden "klokkene i satellittene er .... helt synkronisert" er feil. Tvertimot, klokkene i satellittene går ulikt, alle sammen. Men det finnes én systemtid som bestemmes av systemkontrollen på bakken, og systemkontrollen måler hver satellittklokkes avvik fra systemtiden. Dette avviket legges inn i den melding som påmoduleres signalet fra satellitten til mottakeren, slik at mottakeren kan korrigere den tidsinformasjonen som satellitten selv sender ut. På denne måten kjenner mottakeren systemtiden (med en viss feilmargin).

 

Den groveste feilen i artikkelen er påstanden "Minst tre satellitter må fanges opp av GPS-mottakerens antenne for å avgjøre posisjonen via trilaterasjon." Som kommentator rankine helt riktig har påpekt, trengs det minst fire (4) satellitter. Årsaken er at mottakeren har 4 ukjente: sine tre romlige koordinater samt avviket mellom mottakerens klokke og satellittid. Posisjonsbestemmelsen gjøres ved hjelp av et likningssystem som inneholder disse 4 ukjente samt måleresultatet. Sistnevnte er den tid som signalet har brukt fra satellitten til mottakeren, omregnet til avstand med korreksjoner for atmosfæreforsinkelser. Ettersom utsendelsestidspunktet er referert til satellittklokka, mens mottakelsestidspunktet er referert til mottakerklokka, blir tidsforskjellen mellom de to klokkene en ukjent i systemet. Det brukes altså IKKE trilaterasjon som Marius Valle påstår.

 

Utsagnet "Signalene inneholder informasjon om satellittens plassering" er feil men korrigeres i avsnittet deretter der det står "GPS-mottakeren får informasjon om satellittenes baner tilsendt".

 

Valle påstår videre at kun to signaler sendes fra satellittene, L1 og L2. Det er også feil, det sendes nemlig et tredje signal som kalles L5. Bruk av to eller flere frekvenser gjør det mulig for mottakeren å beregne forsinkelsen gjennom ionosfæren (men ikke troposfæren) med ganske god nøyaktighet. Troposfæreforsinkelsen beregnes v.hj.a. modeller.

 

Årsaken til at vertikalnøyaktigheten i nordområdene er noe dårligere enn lenger sør er ikke at man ser for få satellitter men baneplanenes helning mot ekvatorplanet (55 grader for GPS) som gjør at man ser færre satellitter med høye elevasjonsvinkler og altså får dårligere geometri.

 

"GPS-mottakere kan gjerne ta imot signaler fra GLONASS og Galileo" står det, men det er også feil. En GPS-mottaker kan kun nyttiggjøre seg GPS-signaler, men det finnes integrerte mottakere som kan bruke signaler fra flere systemer.

 

A-GPS er ufullstendig og villedende beskrevet.

[Xantippe]

Dagens understatement:

<quote>Konsekvensene av dette [gps-sammenbrudd] er uante, men det er sannsynlig at vi ville vært nødt til å gå tilbake til kart og kompass, i alle fall for en periode.

</quote>

En solstorm så kraftig som den som rammet jorden på 1800-tallet, ville satt samtlige satellitter ut av drift på permanent basis. Den ville også ødelagt ufattelige mengder elektronisk utstyr, og konsekvensene ville være katastrofale.

Strømforsyningen ville blitt satt ut av drift for en svært lang periode.

Verdens økonomi ville brutt sammen, det meste av transport ville stoppet opp, sykehus ville fått store problemer å gjennomføre komplekse operasjoner, osv. osv.

Bare for å nevne _litt_ av det som ville skje.

[Xantippe]

Nei, GPS'er kan ikke erstatte radarer!

Alle fly (muligens unntatt små fly?) er utstyrt med en transponder som identifiserer flyet.

Russerne har de siste årene hatt for vane å skru av denne for å provosere og farliggjøre spesielt sivil luftfart.

Flykaprere gjør også dette.

GPS er derfor et _tillegg_ til radar, men kan _ikke_ erstatte dem!

[Terje Wiig Mathisen]

Jeg har jobbet frivillig i NTP Hackers i ca 20 år, NTP (Network Time Protocol) er nesten enerådende når det gjelder tids-synkronisering av elektronisk utstyr, men for at NTP skal virke så er vi avhengige av et godt utvalg primære kilder, det vi kaller Stratum 1 servere.

 

Disse serverene må alle ha en lokal klokke-referanse, i "gamle dager" var det typisk en radio som tok imot amerikansk (60 KHz) eller tysk (77.5 kHz) tidssignal, etter hvert fikk vi også LORAN-C som hadde mye mere presise klokker, men i hele min tid i prosjektet så har i praksis de aller fleste S1 serverne brukt GPS: En GPS mottager som gir lokal posisjon med 3 m nøyaktighet må også kjenne til korrekt tid med en presisjon på 10 ns, det eneste problemet er å få denne tidsreferansen overført til serveren.

 

Som orienteringsløper i mesteparten av mitt liv og for tiden leder for Orienteringsforbundets Kartutvalg så er jeg selvsagt opptatt av at flest mulig skal lære seg å bruke kart og kompass skikkelig, ikke slik som vi f.eks ser hvert eneste år i "71 grader Nord" hvor halvparten er helt hjelpeløse.

 

Forøvrig så har kombinasjonen av sanntids GPS med lokal basestasjon og raske laser scannere (LiDAR) revolusjonert produksjonen av orienterings-kart: Nå er grunnlagene så gode at det er veldig mye lettere for en synfarer å lage et ferdig kart med høy kvalitet.

[Carpe Dam]

Mener å vite at Kartverket har et pågående prosjekt for å laserscanne hele fedrelandet, det foregår enten med laserscanner eller fotogrammetri. Man brukte fotogrammetri før for å lage manuelle kart, men med dataprogrammer og mye mer data om hvor og når bildene blir tatt kan man visstnok få et par kvadratkilometer inn og modellert til mellom fem og ti cm nøyaktighet i løpet av en ettermiddag. Jobbet i et firma som akkurat begynte med slikt da jeg sluttet.

[Terje Wiig Mathisen]

Mener å vite at Kartverket har et pågående prosjekt for å laserscanne hele fedrelandet, det foregår enten med laserscanner eller fotogrammetri. Man brukte fotogrammetri før for å lage manuelle kart, men med dataprogrammer og mye mer data om hvor og når bildene blir tatt kan man visstnok få et par kvadratkilometer inn og modellert til mellom fem og ti cm nøyaktighet i løpet av en ettermiddag. Jobbet i et firma som akkurat begynte med slikt da jeg sluttet.

Du har helt rett i dette, prosjektet har et budsjett på ca 300 M, det bruker LiDAR alle steder det er vegetasjon og "Dense Matching" fotogrammetri i høyfjellet siden dette er billigere (fordi foto er raskere enn laser-scanning) og resultatet har nøyaktig samme kvalitet når alle punkter er bakke-punkter.

 

Jeg er leder for orienteringsforbundets kartutvalg så jeg er nok litt mere interessert i kart enn de fleste. Jeg har skrevet programvare som bruker rå laserdata pluss topografiske data fra Kartverkets FKB (Felles Kart Base) til å produsere kartgrunnlag for orienteringskart, min laptop jobbet 22 timer for å lage grunnlag over ca 300 km^2.

[Carpe Dam]

Vet du hva prosjektet heter, evt. om det har en nettside? Fikk lyst til å lese litt mer om det.

[Terje Wiig Mathisen]

Vet du hva prosjektet heter, evt. om det har en nettside? Fikk lyst til å lese litt mer om det.

 

http://hoydedata.no/

 

Bruken er ganske selvforklarende bortsett fra at noen av de nye prosjektene (som skal la seg laste ned uten offisiell pålogging) ikke ser ut til å virke.

 

Prøv f.eks data fra Hvaler i Østfold, det er OK.

[Carpe Dam]

Man takker