Positionering

Satellitpositionering är en teknik som tar fram koordinaterna för den plats där du befinner dig.

Egentligen borde vi säga GNSS (global navigation satellite system) i stället för GPS. GPS står för det amerikanska systemet, som i och för sig är det som man normalt använder, men det finns t ex en rysk motsvarighet som heter Glonass och snart har EU sitt Galileosystem. I den här texten använder vi trots allt benämningen GPS. Satelltipositioneringssystem hjälper dig att hålla rätt på koordinaterna. Ute i verkligheten blir detta ett tänkt rutnät som ligger fast. För att kunna överföra den punkt där traktorn står till kartan måste man ha ett sätt att räkna ut var i rutnätet man är. Utan hjälpmedel kan du själv göra detta på två sätt:

Med hjälp av minst tre kända punkter A-B-C (t ex träd, hus eller satelliter) och exakt avstånd kan positionen fastställas.

Vinkelmätning:
I traktorn kan man med hjälp av en kompass mäta vinkeln (från norr) till flera olika punkter, t ex hus runtom fältet. På kartan kan man sedan med hjälp av en gradskiva dra upp dessa riktningar och se var på åkern de skär varandra.

Avståndsmätning:
Avståndet från traktorn till kända punkter i omgivningen kan mätas upp genom stegning eller dylikt. På kartan kan man sedan med hjälp av en passare dra upp
bågar med rätt avstånd och se var de skär varandra.

GPS (globalt positioneringssystem) bygger helt på den senare metoden. Istället för att stega, så mäter GPS-mottagaren avståndet till ett antal satelliter som den hela tiden vet exakt var de är. Avståndsmätningen blir aldrig riktigt precis, vilket medför att bågarna inte skär varandra i exakt samma punkt. GPS är en teknik som tar fram koordinaterna för den plats där du befinner dig. Men ju fler satelliter mottagaren hittar, desto riktigare blir positionen. GPS-mottagaren kan jämföras med en vanlig FM-radio. Den lyssnar av signalerna från de olika satelliterna som cirklar runt jorden på en höjd av ca 20 000 km. Den signal som vanliga GPS-mottagare avlyssnar innehåller två saker:
  • En slags tidtabell (almanacka) som hela tiden talar om var alla satelliter borde befinna sig i varje stund. Omloppsbanan kan påverkas t ex av andra himlakroppar, men då justerar satellitens markstation tidtabellen så att den stämmer med verkligheten.
  • En exakt tidskod. När ett flygplan flyger förbi i hög hastighet märks tydligt ljudets fördröjning. Även en radiosignal tar tid på sig från sändare till mottagare. GPS-mottagaren jämför tidskoden med sin egen klocka och fördröjningen räknas om till ett avstånd, (jämför med ett flygplan som passerar förbi i hög hastighet).
Precis som med passaren i exemplet ovan räknar GPS-mottagaren sedan ut positionen med hjälp av alla satelliters position och avstånd. Även höjden över havet kan beräknas, dock endast med halva noggrannheten.



GPS-systemet är i grunden militärt och kontrolleras av amerikanska myndigheter. Tidigare förvrängdes satelliternas signaler så att ett fel på upp till 100 meter uppstod, men sedan den 2 maj 2000 är denna störning borttagen och noggrannheten är numera i storleksordningen 10 meter i vanlig handhållen GPS. Men det finns fortfarande olika störningskällor som gör positionen osäker med an vanlig GPS.



DGPS, differentiell GPS, förbättrar exaktheten betydligt. Om man använder DGPS lyssnar GPS-mottagaren helt enkelt på en signal ytterligare. Den kommer från en fast markstation eller satellit som hela tiden beräknar avståndet till varje positionssatellit med hjälp av dess signaler och jämför avståndet med det riktiga. Därefter skickar den ut en signal till GPS-mottagaren som säger hur mycket varje satellit ljuger just då. Exaktheten med DGPS-mottagare blir i allmänhet ned till ca 2 meter. Man kan prenumerera på en sådan korrektionssignal t ex via radions FM-band eller utnyttja gratis korrektionsstationer som används av sjöfarten, alternativt via EGNOS som är satellitbaserat.

Med RTK-GPS (realtids, kinematisk) förbättras noggrannheten till några centimeter, i horisontalplanet men även i höjdled. En sådan GPS-mottagare fungerar på ett lite annat sätt och är avsevärt dyrare.


Numera finns handdatorer, mobiltelefoner och s k smartphones med inbyggd GPS eller med möjlighet att ansluta en extern GPS med t ex bluetooth. Särskilda datorprogram har utvecklats för kartering på den egna gården. Bilden visar en av de första handdatorerna som kom för ca 10 år sedan.
En vanlig, enkel GPS-mottagare har en noggrannhet på i storleksordningen 5-10 meter. I många fall är detta tillräckligt, t ex när man använder GPS för att navigera fritidsbåten, bilen efter den digitala vägkartan eller i jordbruket när man sprider växtnäring eller kalk med hjälp av en styrfil. Denna typ av GPS-positionering kallas absolut mätning.

I andra sammanhang kan man behöva högre noggrannhet. För att minska de fel som uppkommer vid en vanlig GPSmätning kan man jämföra mottagarens position med en känd punkt. Detta kallas relativ mätning. Minst två mottagare behövs och man måste ha kontakt med minst fyra gemensamma satelliter. Detta gör att noggrannheten blir avsevärt högre. De vanligaste relativa metoderna kallas DGPS (differentiell GPS) och RTK (real time kinematic).



För att det ska vara meningsfullt med precisionsodling, krävs en noggrann positionsbestämning. Annars kan inte tekniken utnyttjas maximalt. Det är viktigt med en god överensstämmelse mellan upprepade mätningar så att t ex dräneringssystem, brunnar och provtagningspunkter lätt går att återfinna. Därför är DGPS den teknik som används mest inom precisionsodlingen.

Korrektionssignalen kan fås på olika sätt. Man kan använda en egen basstation eller utnyttja tillgängliga korrektionstjänster. Det finns i princip fyra olika tjänster som används: EPOS RDS-signal, sjöfartens långvågssignal, Omnistar och EGNOS. Sjöfartens långvågssignal är kostnadsfri men fungerar i första hand längs kusterna och omkring Vänern. Långvågsmottagaren är också dyrare än RDS-mottagaren. De båda sistnämnda är satellitbaserade. Omnistar kräver ett abonnemang som är något dyrare än EPOS, men å andra sidan fungerar Omnistar över stora delar av världen. EGNOS är en kostnadsfri korrektionstjänst. Det är en första fas av Galileo-systemet som EU avser att lansera inom några år som ett alternativ och komplement till GPS (som ju sköts av den amerikanska militären).



Minst fyra satelliter krävs för att GPS-mottagaren ska kunna bestämma positionen. Det är inte bara mottagarens kvalitet som avgör hur bra positionen blir. Ju mer spridda satelliterna är över himlen, desto säkrare blir positionen. Det är viktigt att mottagaren har ”fri sikt” mot satelliterna och inte kommer i skugga av byggnader, skog eller liknande. Genom att öka mättiden kan nogrannheten ökas. Vid DGPS får man en korrektionssignal från en fast station med kända koordinater som gör att de fel som uppkommer vid avståndsmätningen till stor del elimineras.


Två sätt att mäta

Kodmätning
En vanlig GPS använder så kallad kodmätning, där avståndet till en satellit bestäms genom att mäta hur lång tid det tar för en radiosignal från satelliten att nå mottagaren. Satelliterna och mottagarna är synkroniserade att generera samma kod vid samma tidpunkt. Tidsskillnaden erhålls genom jämförelse av inkommen kod från satelliten och den i mottagaren genererade koden.

Bärvågsmätning
Mer avancerade mottagare kan istället analysera signalen från GPS-satelliterna genom att räkna antalet svängningar eller perioder mellan satellit och mottagare. I det här fallet skapas en signal i GPS-mottagaren som har samma frekvens som GPS-systemets bärvåg. Genom att kombinera och jämföra signalerna kan man uppnå en noggrannhet på någon centimeter.

GPS och DGPS använder kodmätning medan RTK använder bärvågsmätning.