Koszty niedokładności czyli dlaczego smartfon lub ręczny GPS nie służy precyzyjnym pomiarom powierzchni
W świecie profesjonalnych precyzyjnych pomiarów powierzchni GPS, dokładność danych jest nie tylko pożądana – jest wymagana. Wybór firmy posiadającej odpowiednią wiedzę i sprzęt do pomiarów powierzchni, fotogrametrii, czy szacowania szkód ma kluczowe znaczenie dla wiarygodności i dokładności wyników.
W tym kontekście, zrozumienie różnicy między standardowymi urządzeniami GPS takimi jak telefon czy ręczny odbiornik GPS, a profesjonalnymi systemami pomiarowymi, takimi jak odbiorniki GNSS RTK z których korzysta nasza firma, staje się niezbędne.
Smartfon lub ręczny odbiornik GPS czyli ograniczona dokładność
Zastanówmy się nad precyzją danych uzyskanych za pomocą zwykłego telefonu komórkowego czy ręcznego odbiornika GPS.
Te urządzenia oferują precyzję pomiaru w zakresie plus minus 3 do 5 metrów (lub gorszej według różnych źródeł) .
Na pierwszy rzut oka wydaje się to być wystarczające, ale co dzieje się kiedy obliczymy jaki błąd może to spowodować, lub co gorsza gdy te błędy zaczynają się sumować ?
Przyjmijmy, że mamy do zmierzenia pole o wielkości hektara. Błąd pomiarowy urządzeń standardowych może prowadzić do znaczących niedokładności:
- Oryginalna powierzchnia: 10 000 m² (hektar).
- Maksymalny błąd pomiarowy: 5 metrów na każdym końcu boku (łącznie 10 metrów na bok).
- Maxymalna powierzchnia z błędem: 12 100 m².
- Minimalna powierzchnia z błędem: 8 100 m².
Różnica wynosi 4000 m² – to znacząca pomyłka rzędu niemal 20%, która może wpłynąć na planowanie, zarządzanie gruntami, czy szacowanie szkód.
Jest to mało prawdopodobna sytuacja aby na każdym z boków urządzenie dało maksymalny błąd ale nie niemożliwa.
Profesjonalne odbiorniki GNSS RTK czyli precyzja w każdym wymiarze
W kontraście do standardowych urządzeń, nasze odbiorniki GNSS RTK gwarantują precyzję na poziomie plus minus 10mm. To nie tylko znaczna redukcja potencjalnego błędu – to gwarancja precyzji, która jest kluczowa w profesjonalnych zastosowaniach.
Wyobraźmy sobie teraz, że zamiast standardowego GPS, używamy odbiornika GNSS RTK do pomiaru tego samego pola:
- Oryginalna powierzchnia: 10,000 m²
- Maksymalny błąd pomiarowy: 10mm (0.01m) na każdym końcu boku (łącznie 0.02m na bok).
- Maxymalna powierzchnia z błędem: 10 004.0004 m².
- Minimalna powierzchnia z błędem: 996,0004 m².
Różnica jest więc marginalna, co świadczy o nadzwyczajnej precyzji odbiorników GNSS RTK.
Wybór profesjonalnych rozwiązań do precyzyjnych pomiarów powierzchni GPS to inwestycja, która się zwraca
Dokładność danych przekłada się bezpośrednio na oszczędność czasu, pieniędzy i zasobów. Wybierając profesjonalne pomiary, zyskujesz:
- Niezrównaną dokładność czyli precyzja pomiarów na poziomie centymetrów a nie metrów zapewnia wiarygodność każdego projektu.
- Oszczędność zasobów a zatem eliminacja kosztownych błędów i konieczności ponownych pomiarów przekłada się na bezpośrednie oszczędności.
- Pewność i spokój ducha a więc skupienie na swoim projekcie, mając pewność, że dane, na których bazujesz, są niezwykle precyzyjne.
Nie pozwól, aby ograniczenia standardowych urządzeń GPS wpłynęły negatywnie na jakość Twoich projektów. Inwestycja w profesjonalną firmę pomiarową to krok w stronę przyszłości. Precyzja i wiarygodność danych stają się fundamentem każdej udanej inicjatywy.
Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak nasze pomiary mogą wspierać Twój biznes i zapewnić precyzję, na którą zasługujesz i której wymagasz.
Przejdźmy od teorii do praktyki a zatem kilka dowodów
Stosując urządzenia które mamy pod ręką dokonaliśmy małego porównania wyników prezentowanych przez te instrumenty pomiarowe.
W naszym teście porównano pomiary GPS za pomocą smartfona Samsung A50, urządzenia Garmin GPSMAP 62s, i profesjonalnego sprzętu geodezyjnego.
Test przeprowadzono na polu rolniczym, z dala od przeszkód, przy lekko pochmurnej pogodzie, aby zapewnić optymalne warunki dla odbioru sygnału satelitarnego.
Używając profesjonalnego sprzętu geodezyjnego, najpierw ustalono dokładne współrzędne punktu odniesienia (w tym przypadku oznaczonego numerem 150).
Następnie, w tym samym punkcie, dokonano pomiarów zarówno rano.
Jak widać urządzenia wskazują odpowiednio smartfon +/- 4m dokładności i GPS również +/- 4m dokładności określania pozycji
jak i po południu, by uwzględnić zmiany w konstelacji satelitów i ich wpływ na dokładność urządzeń GPS.
Tutaj urządzenia wskazują odpowiednio smartfon +/- 2m dokładności i GPS +/- 3m dokładności określania pozycji
Wnioski: podręczny GPS w precyzyjnym pomiarze powierzchni, tak czy nie ?
Analizując wskazania GPS na tle punktu odniesienia z użyciem oprogramowania GIS, zauważono rozbieżności między deklarowaną a rzeczywistą dokładnością urządzeń. Garmin wskazał rano dokładność ±4m, poprawiając się wieczorem do ±3m, podczas gdy telefon zmienił dokładność z ±4m rano na ±2m wieczorem. Rzeczywiste odległości od punktu 150 pokazały jednak, że oba urządzenia były momentami dalekie od oczekiwanej precyzji, z odchyleniami do niemal 7 metrów(pomimo wskazań dokładności +/- 4m) . Wyniki te podkreślają znaczenie wyboru profesjonalnych systemów pomiarowych dla zadań wymagających wysokiej dokładności.
Wskazania podręcznych urządzeń GPS bez korekcji RTK/RTN różnią się w zależności od konstelacji satelitów, warunków atmosferycznych, obecności przeszkód, czy odbicia sygnału. Te zmienne sprawiają, że dokładność pomiarów jest nieprzewidywalna,
Analiza wyników pomiarów GPS dla celów rolniczych wykazała, że dokładność tych urządzeń jest zmienna i może prowadzić do znaczących rozbieżności w określaniu powierzchni pól. Znaleziono przypadki, gdzie pola rolnicze mierzone przez jedno urządzenie GPS zachodziły na siebie, co komplikuje dokładne określenie ich wielkości. Błąd pomiaru może różnić się w zależności od miejsca, nie dając jasnej wskazówki, jak korygować te nieścisłości – czy poprzez odejmowanie, czy uśrednianie powierzchni.
Pokazuje to ograniczenia GPS w zastosowaniach wymagających precyzyjnych pomiarów rolniczych, gdzie dokładne określenie wielkości pól jest kluczowe.
Podsumowanie
W naszym szczegółowym teście porównaliśmy dokładność pomiarów wykonanych za pomocą powszechnie dostępnych urządzeń GPS, takich jak smartfon Samsung A50 i urządzenie Garmin GPSMAP 62s, z wynikami uzyskanymi przy użyciu profesjonalnego sprzętu geodezyjnego.
Wskazaliśmy jakie różnice od znanej wartości mogą one popełnić przy pomiarze punktu a pole powierzchni składa się z wielu punktów co może powodować zwielokrotnienie błędu lub jego znoszenie czego nie będziemy w stanie stwierdzić.
Analiza skupiała się na polu o znanej powierzchni 14.4343 ha i obwodzie 2189.614 m, które zmierzyliśmy gdzie długości boków prostokąta wynosiły około 153.31 m i 941.49 m dla zaokrąglenia pomiaru.
Przy założeniu błędu ±3.85m (który był średnią z pomiarów a jak dowiedliśmy mógł wynieść dwukrotnie więcej) na każdym wierzchołku, obliczyliśmy, że:
- prawidłowa powierzchnia obliczona to 14.4343ha
- największa możliwa powierzchnia może wynosić około 152,829 m² (15.28 ha), co stanowi wzrost o 5.88% względem znanej powierzchni
- najmniejsza – 135,969 m² (13.60 ha), co oznacza spadek o 5.80%
Jest to wyłącznie przykład ale już te obliczenia pokazują, że sumaryczny błąd , jest wartością wiele większą niż maksymalnie dopuszczalny błąd, zalecany przy składaniu oficjalnej dokumentacji.
Chociaż urządzenia takie jak telefony czy nawigacje polowe są nieocenione przy nawigacji terenowej, to jednak nie mogą być traktowane poważnie tam, gdzie wymagana jest wysoka dokładność pomiarów a funkcja pomiaru powierzchni może pokazać orientacyjny wynik.
W kontraście, profesjonalne odbiorniki GPS RTK, które stosujemy, zapewniają precyzję na poziomie centymetrów. Jest to niezbędne dla dokładności i wiarygodności projektów naszych Klientów.
Niektóre urządzenia GPS umożliwiają uśrednianie pozycji przez długotrwały pomiar, co zostało pominięte w naszym teście ze względu na czasochłonność. Wykonanie pomiarów całego pola z wykorzystaniem tej metody wymagałoby kilku godzin i dostępu do specjalistycznego oprogramowania. Skupiliśmy się na prostszych metodach, aby przyspieszyć proces i ułatwić interpretację wyników.
Dlaczego tak się dzieje czyli dlaczego telefon nie nadaje się do precyzyjnych pomiarów powierzchni
Urządzenia GPS typu smartfon czy turystyczny odbiornik GPS nie osiągają większej dokładności z kilku powodów:
- ograniczenia sprzętowe tych urządzeń nie pozwalają na tak precyzyjny odbiór i przetwarzanie sygnałów satelitarnych jak profesjonalne odbiorniki geodezyjne.
- algorytmy używane do określania pozycji w tych urządzeniach są zaprojektowane z myślą o nawigacji ogólnej, a nie precyzyjnych pomiarach geodezyjnych.
- wpływ otoczenia, jak zabudowania, drzewa czy nawet atmosfera, może znacznie zniekształcić sygnał GPS, co w przypadku braku zaawansowanej korekty sygnału w tych urządzeniach prowadzi do większych błędów pomiarowych.
I w korekcie tego typu sygnałów drzemie siła profesjonalnych urządzeń pomiarowych ale to wyjaśnimy sobie w innym wpisie.