Jonosfärens påverkan på mätosäkerhet vid NRTK-mätning: Analys av Jonosfärsmonitorns Beta-version
2025 (Svenska)Självständigt arbete på grundnivå (kandidatexamen), 10 poäng / 15 hp
Studentuppsats (Examensarbete)Alternativ titel
The Ionosphere's Impact on Measurement Uncertainty in NRTK Surveying : Analysis of the Ionosphere Monitor's Beta Version (Engelska)
Abstract [sv]
Utvecklingen och användningen av GNSS för precisionspositionering har ökat markant på två decennier på grund av dess effektivitet och smidighet. Trots många fördelar med GNSS-mätningar påverkas noggrannheten i positionsbestämning av ett flertal faktorer. En av de mest betydande felkällorna vid NRTK-mätning är jonosfärisk aktivitet. Föreliggande studie undersöker effekten av jonosfärisk aktivitet på mätosäkerheten vid tillämpningen av nätverks-RTK. Målet var att analysera korrelationen mellan jonosfärisk aktivitet och positioneringsprecision vid NRTK-mätning med hjälp av Lantmäteriets nylanserade beta-version av jonosfärsmonitorn. Studiens mätdata granskades och jämfördes noggrant mot jonosfärsmonitorn. Metoden integrerade grundläggande GNSS-teori med en empirisk analys av observerade positionsavvikelser i förhållande till varierande jonosfäriska förhållanden. Resultaten visar en tydlig korrelation mellan förhöjd jonosfärisk aktivitet och ökad mätosäkerhet, huvudsakligen i höjd samt nord-sydlig riktning. Vid fältarbete samlades över 188 000 mätningar in med en spridd fördelning enligt jonosfärsmonitorns färgskala. Resultatet visar en kraftig ökning av RMS och standardosäkerhet kopplad till ökad jonosfärisk aktivitet. I höjd observeras en markant ökning av både RMS och standardosäkerhet. RMS visar en ökning från 10 mm till 27 mm medan standardosäkerhet visar en ökning från 6 mm till 24 mm. I plan är ökningen inte lika anseende där RMS visar en ökning från 14 mm till 18 mm och standardosäkerhet visar en ökning från 6 mm till 15 mm. Detta resultat visar att vid lägre jonosfärspåverkan är avvikelserna lägre än förväntade värden enligt HMK:s förväntade standardosäkerhet medan vid högre jonosfärspåverkan är avvikelserna istället högre än förväntade värden enligt HMK:s förväntade standardosäkerhet. Den teoretiska normalfördelningen visar att mätningar i plan generellt är mycket bra och enbart orange ligger utanför sigmanivå 3 enligt HMK:s toleransnivåer, vilket förklaras av den tappade fixlösningen där flertalet grova fel uppkommer. I höjd är spridningen betydligt kraftigare, enbart de mätningar som utfördes vid låg jonosfärisk påverkan faller inom HMK:s toleransnivåer. Studien erkänner samtidigt den multifaktoriella karaktären av GNSS-positioneringsfel såsom flervägsfel och vikten av god satellitgeometri. Dock belyser studien den jonosfäriska aktivitetens betydande roll vid mätosäkerhet. Beta-versionen av jonosfärsmonitorn visar lovande potential som verktyg för realtidsvisualisering inom NRTK-mätning. Studien understryker behovet av kunskap hos NRTK-användare om rådande jonosfäriska förhållanden för att förbättra kvalitetssäkringen. Framtida forskning bör fokusera på ytterligare validering av jonosfärsmonitorns prediktiva kapacitet och undersöka hur olika NRTK-system hanterar dessa störningar under varierande förhållanden.
Abstract [en]
The development and use of GNSS for precision positioning have increased significantly over the past two decades due to its efficiency and convenience. Despite many advantages, the accuracy of GNSS measurements is affected by several factors. One of the most significant sources of error in Network RTK (NRTK) measurements is ionospheric activity. This study investigates the effect of ionospheric activity on measurement uncertainty in the application of Network RTK. The objective was to analyze the correlation between ionospheric activity and positioning precision in NRTK measurements using Lantmäteriet’s newly launched beta version of the ionospheric monitor. The study’s measurement data were carefully reviewed and compared against the ionospheric monitor. The methodology combined fundamental GNSS theory with an empirical analysis of observed positional deviations in relation to varying ionospheric conditions. The results show a clear correlation between increased ionospheric activity and greater measurement uncertainty, primarily in height and in the north-south direction. In the field, over 188,000 measurements were collected, with a spread distribution according to the color scale of the ionospheric monitor. The results show a significant increase in RMS and standard uncertainty associated with heightened ionospheric activity. In height, a notable increase was observed in both RMS and standard uncertainty: RMS increased from 10 mm to 27 mm, and standard uncertainty increased from 6 mm to 24 mm. In the horizontal plane, the increase was less pronounced, with RMS rising from 14 mm to 18 mm, and standard uncertainty from 6 mm to 15 mm. These results show that under lower ionospheric impact, deviations were below the expected values according to HMK’s standard uncertainty, whereas under higher ionospheric impact, deviations exceeded the expected HMK values. The theoretical normal distribution indicates that horizontal measurements are generally very good, with only the “orange” level falling outside the 3-sigma threshold according to HMK’s tolerance levels—mainly explained by lost fixed solutions where several gross errors occurred. In height, the spread was considerably larger, and only measurements taken under low ionospheric influence fell within HMK’s tolerance levels. The study also acknowledges the multifactorial nature of GNSS positioning errors, such as multipath effects and the importance of good satellite geometry. However, it highlights the significant role of ionospheric activity in contributing to measurement uncertainty. The beta version of the ionospheric monitor shows promising potential as a tool for real-time visualization in NRTK measurements. The study emphasizes the importance for NRTK users to understand prevailing ionospheric conditions in order to improve quality assurance. Future research should focus on further validating the predictive capabilities of the ionospheric monitor and investigating how different NRTK systems handle such disturbances under varying conditions.
Ort, förlag, år, upplaga, sidor
2025. , s. 45
Nyckelord [en]
NRTK, Ionosphere, Measurement Uncertainty, Ionosphere Monitor, TEC (Total Electron Content)
Nyckelord [sv]
NRTK, Jonosfär, Mätosäkerhet, Jonosfärsmonitor, TEC (Total Electron Content)
Nationell ämneskategori
Naturvetenskap Teknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kau:diva-105343OAI: oai:DiVA.org:kau-105343DiVA, id: diva2:1971146
Externt samarbete
Lantmäteriet
Ämne / kurs
Examensarbete för kandidatexamen i mät- och kartteknik
Utbildningsprogram
Lantmätarprogrammet med inriktning mät- och kartteknik, 180 hp
Handledare
Examinatorer
2025-06-182025-06-172026-02-12Bibliografiskt granskad