GNSS-plaatsbepaling in
de bebouwde omgeving
GPS lijkt een geschikte techniek voor locatiegebonden
diensten. Er is geen extra infrastructuur voor nodig en
de nauwkeurigheden die onder ideale omstandigheden
gehaald worden zijn veelbelovend. Maar in stedelijk
gebied, juist daar waar de meeste (potentiële)
gebruikers zijn, presteert GPS het minste. Omdat de
gebouwen de signalen blokkeren is de beschikbaarheid
van satellietsignalen vaak onvoldoende. Hoewel met
hogegevoeligheidsontvangers dat probleem grotendeels
kan worden ondervangen moet er rekening mee
gehouden worden dat voor toepassingen waar de
nauwkeurigheid kritisch is, GPS zo zijn beperkingen heeft.
GPS is momenteel het enige volledig operationele GNSS
(Global Navigation Satellite System). Het Russische
GLONASS is gedeeltelijk operationeel, terwijl het Europese
Galileo en het Chinese COMPASS nog in ontwikkeling zijn.
Om werkelijk op e'én of meer GNSS'en te kunnen vertrou
wen moet voor veel soorten locatiegebonden diensten toch
in elk geval plaatsbepaling mogelijk zijn voor zo'n 95% van
de tijd en locaties. Maar hoeveel procent van de tijd is er
in de bebouwde omgeving werkelijk plaatsbepaling met
GNSS mogelijk en welke nauwkeurigheid heeft die plaats
bepaling? Om hiervan een indruk te krijgen laat dit artikel
aan de hand van een stadsmodel en satellietalmanakken
een aantal voorspellingen zien van de beschikbaarheid en
nauwkeurigheid. We hebben ons hierbij beperkt tot GPS en
een gecombineerde constellatie van GPS en Galileo. Verder
laten we een illustratief voorbeeld zien van een test met een
hogegevoeligheids-GPS-ontvanger op Schiphol. Met hogege
voeligheidsontvangers kunnen onder veel meer omstan
digheden coördinaten worden bepaald dan met klassieke
ontvangers. Daarmee zijn ze het antwoord op het probleem
van beperkte beschikbaarheid, maar de prijs die daarvoor
betaald wordt is een lagere nauwkeurigheid. De bereke
ningen en tests uit dit artikel zijn gedaan als onderdeel
van het (Ruimte voor Geo-Informatie) onderzoeksproject
RGI-150 '3D-plaatsbepalingsinfrastructuur in de bebouwde
omgeving'.
Zichtlijnen
Om met GPS of Galileo plaatsbepaling te kunnen doen zijn
steeds vier waarnemingen nodig naar verschillende satel
lieten.
Met vier waarnemingen kunnen vier
parameters bepaald worden: drie coör
dinaten en de ontvangerklokfout. En
om met een combinatie van GPS- en
Galileo-satellieten plaatsbepaling te
doen is een vijfde waarneming nodig
voor tijdsynchronisatie tussen beide
systemen. Omdat de looptijden van de
signalen van satellieten naar ontvan
ger als maat voor de afstand worden
gebruikt, zijn voor de berekening van
zuivere posities open zichtlijnen ('lines
of sight') nodig. Op die manier worden
ongedempte signalen gebruikt die via
een directe weg bij de ontvanger ko
men. In een stedelijke omgeving is dat
een probleem omdat gebouwen, au
to's, personen en dergelijke deze zicht
lijnen kunnen blokkeren, waardoor
onvoldoende satellieten 'zichtbaar'
zijn. Ook kunnen signalen via meerde
re routes (multipath) bij de ontvanger
arriveren. Signalen die via een omweg
komen hebben vaak wel een lagere
signaalsterkte maar ze kunnen met
de directe signalen (mits die er zijn)
interfereren, hetgeen met name als de
reflecties van dichtbij komen, voor de
ontvanger niet is te detecteren.
Beschikbaarheid
Om te bepalen onder welke omstandig
heden er voldoende open zichtlijnen
naar satellieten beschikbaar zijn, heb
ben we een eenvoudig model van een
fictieve stad ontwikkeld [Meijer et al.,
2008] op een locatie in Nederland (cen
trale RD-coördinaten: 113200, 480250).
Het model bestaat uit twaalf bouw
blokken (zie fig. 3) van gelijke hoogte
waarmee de stedelijke canyons worden
voorgesteld. In dit model is op verschil
lende plaatsen bepaald hoeveel procent
van de tijd voldoende GPS- en/of Galileo-
satellieten zichtbaar zijn. Hiervoor zijn
de richtingen berekend naar de GPS- en
Galileo-satellieten voor 96 epochen (tijd
stippen waarop waarnemingen gedaan
worden) verdeeld over tien dagen met
een inteival van 2,5 uur. Dit geeft een
mooie regelmatige verdeling van de
richtingen naar de satellieten van zowel
de individuele systemen als van de com
binatie daarvan. GPS-satellietconfigura-
ties herhalen zich namelijk twee maal
per dag en Galileo-satellietconfiguraties
herhalen zich zeventien keer per tien
dagen, waardoor na tien dagen ook de
combinatie zich herhaalt. Voor de rich
tingsberekeningen is gebruik gemaakt
van een bestaande GPS-almanak en een
GEO-INFO 2008-6
