Genauigkeitsuntersuchungen und Vergleich mehrerer

Genauigkeitsuntersuchungen und Vergleich mehrerer
Real-Time-GPS-Systeme
A. Bilajbegovic und M. Vierus, HTW Dresden - University for Applied
Zusammenfassung
Science
Im folgenden Beitrag wurde die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von
RTK-Systemen verschiedener Hersteller (Empfänger-Typen Ashtech GG 24,
Geotracer 2200 und 2204, Leica SR 399 und SR 9500, Trimble 4000 SSi,
4400 und 4800, Zeiss RM 24) untersucht. Bei nahezu identischen
ionosphärischen und troposphärischen Bedingungen sowie
Satellitenkonstellationen wurden Punkte eines Testnetzes
dreidimensional bestimmt und abgesteckt. Bei dem Testnetz handelte es
sich um das terrestrisch bestimmte Elbenetz in Dresden, dessen Punkte
variable Abschattungensbedingungen aufweisen.
Summary
In this paper, the accuracy and reliability of various GPS receivers
(Ashtech GG 24, Geotracer 2200 and 2204, Leica SR 399 and SR 9500,
Trimble 4000 SSi, 4400 and 4800, Zeiss RM 24) has been tested with
different RTK softwares in the process of three-dimensional
determination and setting out of points in, so to say, identical
ionosphere and troposphere conditions and equal satellite
constellation.
The terrestrical geodetic Elbe-Net in Dresden with various degrees of
horizon coverage for the receipt of satellite signals was used as a
test network.
1 Einleitung
Seit die Firma Trimble Navigation 1993 das erste RTK-GPS-System
(Einfrequenzsystem) auf den Markt brachte, liegt der Schwerpunkt bei
der Entwicklung der GPS-Technologie in diesem Sektor. Die Anbieter
entwickelten in kurzer Zeit immer neue, leistungsfähigere Hard- und
Software-Produkte. Aus diesem kurzen Zeitraum liegen bislang wenige
Untersuchungen und Erfahrungsberichte aus der Praxis vor. Das gilt
auch für den qualitativen Vergleich verschiedener Systeme (s. Kuhn und
andere 1998). An der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden
1

(FH) wurden in den letzten drei Jahren RTK-Systeme
2
verschiedener
Anbieter untersucht und miteinander verglichen, um Bewertungsmaßstäbe
für deren Einsatz in der Praxis zu gewinnen (s. Tab. 1 und 2). Geprüft
werden sollte insbesondere, inwieweit solche Systeme für die
koordinatenmäßige Bestimmung der Aufnahmepunkte tauglich sind.
Weiteres Ziel der Untersuchungen war es, die verschiedenen RTK-Systeme
zu benoten sowie Stärken und Schwächen zu benennen, um Impulse für
Verbesserungen und Weiterentwicklungen zu geben. Unsere Erfahrungen
von 1996 zeigen, daß Chancen dafür gegeben sind. Die ersten von uns
getesten RTK-Software-Versionen lieferten bei Punkten mit starken
Abschattungen schlechte Ergebnisse. Nach unseren Untersuchungen
brachten die Firmen schnell neue, verbesserte Versionen auf den Markt.
Tab. 1 Übersicht über die Simultanuntersuchungen von RTK-Systemen an der HTW Dresden (FH)
Jahr Ashtech Geotracer Leica Trimble Zeiss
1996 2200
(Software-
Version 1.1)
4000 SSi
1997 2200
4000 SSi 4400 RM 24
(Software-
(Software-
Version 1.12)
Versionen 3.6
und 3.6b)
1998 2204
4000 SSi 4800
(Software-
(TDC1 (TSC1;
Version 1.14)
Software- Modem
Version 4.15; Trimtalk Radio
Modem
Satelline
2ASx)
450)
1998 2204
(Software-
Version 1.14)
SR 9500
1998 GG 24
Für die Untersuchung der Systeme wurde ein klassisch bestimmtes Netz
von 113 Punkten (maximale Lagestandardabweichung 4 mm) und zwei
weitere mit Rapid Static bestimmte GPS-Netze verwendet. Die Netzpunkte
wiesen praxisnahe Abschattungsbedingungen auf. 1998 wurden die
Auswertungen hinsichtlich des Abschattungsgrades differenziert. Vor
den Testmessungen wurden die Antennenphasenzentren aller Systeme
untersucht.
Als Testmethode wurde Stop-and-Go-Messung mit OTF-Initialisierung
gewählt. Die Transformationsparameter für das Testgebiet wurden im
voraus durch Rapid-Static-Messung auf 8 Punkten bestimmt und jeweils
vor Beginn der RTK-Messung in alle Feldcomputer eingegeben. Lediglich
mit dem Zeiss-Empfänger RM 24 mußten die Parameter durch RTK-Messung

3
auf den 8 Punkten bestimmt werden, da dort manuelle Eingabe nicht
vorgesehen war.
Tab. 2: Meßgrößen, die von verschiedenen Empfängern verwendet werden
Ashtech
GG 24
Geotracer
2200 und
2204
Leica
SR 399
und
SR 9500
Trimble
4000 SSi,
4400 und
4800
Zeiss
GePoS
RM 12
Anzahl
der
Kanäle
L1
C/A-Code
12 Ja
GPS und
GLONASS!
L1
P-Code/
Y-Code
L1
volle Phase
(C/A)
Nein Ja
GPS und
GLONASS!
L1
volle Phase
(P bzw. Y)
L2 L2
P-Code/ volle Phase
Y-Code (P bzw. Y)
Nein Nein Nein
12 Ja Ja Ja Ja Ja Ja
9
Ja Ja Ja Nein Ja Ja
12
9 Ja Nein Ja Nein Ja Ja
12 Ja Nein Ja Nein Ja Ja
Die Referenzstationen aller Systeme maßen bei den Simultan-Untersuchungen
unter gleichen Sichtbedingungen. Die Punktbesetzung durch die Roverstationen
erfolgte unmittelbar nacheinander mit minimalen Zeitabständen. Um annähernd
gleiche ionosphärische Bedingungen zu realisieren, beschränkten sich die
Simultan-Untersuchungen auf maximal drei Systeme. Dabei war jeweils eine
Lagestandardabweichung von 20 mm einzuhalten.
Das Verhalten bei Neuinitialisierungen nach verschiedenen Abdeckungszeiten
der Roverantenne war ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Untersuchung. Als
Bewertungskriterien für die verschiedenen Systeme wurden Zuverlässigkeit,
Genauigkeit, Bedienkomfort, Reichweite des Radiomodems, Stromversorgung,
Tragekomfort, Verkabelung, Dauer der Initialisierung und Bedienungsanleitung
angehalten.
Die Untersuchungen zeigen, daß die Genauigkeitsangaben der Firmen für die
Lagestandardabweichung (innere Genauigkeit) in den meisten Fällen erfüllt
wurde, während hinsichtlich der Zuverlässigkeit Defizite zu verzeichnen
waren, insbesondere bei der Höhenbestimmung. Für die
Genauigkeitsuntersuchungen wurden die mathematischen Modelle der wahren
Fehler sowie Doppelmessungen mit systematischen Fehlern benutzt. Alle
Ergebnisse wurden tabellarisch und graphisch aufbereitet.
2 Antennenuntersuchungen

Bei diesen Untersuchungen wurde das mittlere Phasenzentrum
4
einer
Antenne (für die Frequenzen L1 und L2) softwareunabhängig bestimmt,
indem die Rohdaten mit fünf verschiedenen Firmen-Softwarepaketen
verarbeitet und die Ergebnisse gemittelt wurden. So erhaltene
Ergebnisse wurden für verschiedene Antennen gleichen Typs zu einer
Gruppenlösung zusammengeführt.
Die Antennen der Firma Geotracer (geodätische Antenne mit Grundplatte,
kinematische Antenne) wiesen geringe Phasenzentren-Exzentrizitäten auf
(e < 3 mm), geodätische und kinematische Antenne von Trimble
erreichten Exzentrizitäten e < 5 mm. Weniger günstig stellte sich die
Situation bei den Zeiss-Antennen RM 24 (e < 7 mm) und RD 24
(e < 12 mm) dar. Bei der Untersuchung der Antennenphasenzentren der
Ashtech-Antenne Marine IV wurden wider Erwarten unterschiedliche
Exzentrizitäten der baugleichen Antennen ermittelt, was bei
ungünstiger Punktkonstellation zu einem Fehler bis 7 mm führen kann.
Einen Qualitätssprung zeigten 1998 die neuen mikrozentrieren Antennen
der Firma Trimble (Compact L1/2 mit Grundplatte und 4800; für beide
e < 1 mm). Die Beträge der Phasenexzentrizitäten wurden getrennt für
die Frequenzen L1 und L2 in Diagrammen dargestellt (s. Abb. 1 und 2).

Hochwert Nord (mm)
Phasenzentren-Exzentritäten
Vergleich aller Antennentypen Frequenz L1
12
8
4
0
-12 -8 -4 0 4 8 12
-4
-8
-12
Rechtswert Ost (mm)
Abb.1: Phasenzentren-Exzentrizitäten
Geotracer Geodetic L2 w GP
Geotracer Compact L2
Zeiss GePos RD 24
Trimble Geodetic 4000 ST/SSE
L1/2
Trimble Compact L1/2 w GP
Trimble 4800 micro centered
5
Trimble Compact L1/2 w GP micro
centered
Ashtech GG 24 L1-GPS Nr. 5503
Ashtech GG 24 L1-Glonass Nr.
5503
Ashtech GG 24 L1-GPS Nr. 5518
Ashtech GG 24 L1-Glonass Nr.
5518
Leica AT 302

Hochwert Nord (mm)
Phasenzentren-Exzentrizitäten
Vergleich aller Antennentypen Frequenz L2
12
8
4
0
-12 -8 -4 0 4 8 12
-4
-8
-12
Rechtswert Ost (mm)
Abb. 2:Phasenzentren-Exzentrizitäten
Geotracer Geodetic L2 w
GP
Geotracer Compact L2
Zeiss GePos RD 24
Trimble Geodetic 4000
SE/SSE L1/2
Trimble Compact L1/2 w
GP
Trimble 4800 micro
centered
Trimble Compact L1/2 w
GP micro centered
Leica AT 302
3 Untersuchung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit verschiedener RTK-
Systeme
Wegen der speziellen Aufnahmesituation für ein
Echtzeitvermessungssystem (Positionsbestimmung aus wenigen Epochen)
ist zu erwarten, daß systematische und kurzzeitig wirkende
Fehlereinflüsse in den Satellitensignalen sich negativ auf die
Qualität der Ergebnisse auswirken. Besonders sind die Einflüsse von
falschen Initialisierungen (falsche Bestimmung der
Phasenmehrdeutigkeiten), Mehrwegeeffekten und Probleme bei schlechter
Datenübertragung von Referenzstationen signifikant. Grobe Fehler kann
man nicht durch doppelte RTK-Messungen bei Verwendung zweier
Referenzstationen zu verschiedenen Zeitpunkten ausschließen.
6

Daher ist die Frage der die Zuverlässigkeit der RTK-Vermessung
weiterhin das entscheidende Problem. Um die Genauigkeit und besonders
die Zuverlässigkeit der verschiedenen RTK-Systeme zu untersuchen,
wurden die Punkte des Elbe-Netzes durch Doppelmessungen bestimmt.
3.1 Eliminierung grober Fehler
Als grobe Fehler haben wir Abweichungen von den terrestrischen
Koordinaten größer als 4 cm in der Lage und größer als 6 cm für die
Höhen definiert (s. AP-Erlaß 98 und Tab. 3 und 4).
Tab. 3: Anteil grober Fehler bei den Messungen 1997
RTK-System Grobe Fehler
Soll – Doppel-
messungen
In der
Lage
> 40 mm
in %
in der
Höhe
> 60 mm
in %
Grobe Fehler
Soll –
Einzelmessungen
in der
Lage
> 40 mm
in %
in der
Höhe
> 60 mm
in %
Grobe Fehler
erste – zweite
Messungen
in der
Lage
> 40 mm
in %
in der
Höhe
> 60 mm
in %
GEOTRACER 2200; Softw. 1.12 13,6 18,0 3,5 16,7 9,1 19,7
TRIMBLE 4400 13,7 5,4 11,6 6,8 15,3 16,7
ZEISS GePoS RM 24 3,0 0,0 2,1 8,6 3,0 4,5
LEICA SR 399 E 5,4 57,3 5,1 26,6 5,0 3,3
Nachdem bei den Untersuchungen von 1996 die Messungen mit Zeiss RM 24
(Softwareversion 3.6) und Geotracer 2200 (Softwareversion 1.1) einen
gravierenden Anteil grober Fehler aufgewiesen hatten, ergaben auch die
Messungen von 1997 für die Systeme Geotracer 2200 (Softwareversion
1.12) und Trimble 4400 bzw. 4000 SSi einen unvertretbar hohen Anteil
grober Fehler. Nur die Messungen mit Zeiss-Empfängern mit der
Softwareversion 3.6b zeigten in dieser Beziehung eine optimistische
Tendenz (s. Tab. 3).
7

Tab.4 : Anteil grober Fehler bei den Messungen 1998
RTK-System Grobe Fehler
Soll – Doppel-
messungen
In der
Lage
> 40 mm
in %
in der
Höhe
> 60 mm
in %
Grobe Fehler
Soll –
Einzelmessungen
in der
Lage
> 40 mm
in %
in der
Höhe
> 60 mm
in %
Grobe Fehler
erste – zweite
Messungen
in der
Lage
> 40 mm
in %
in der
Höhe
> 60 mm
in %
ASHTECH GG 24 11,9 11,3 9,7 13,9 11,9 10,7
GEOTRACER 2204; Softw. 1.14 2,4 3,0 2,8 6,4 3,6 6,0
LEICA SR 9500 1,5 5,1 5,0 4,9 0,0 3,0
TRIMBLE 4000 SSi 1,6 19,4 1,2 30,4 4,9 40,7
TRIMBLE 4800 2,3 4,6 4,5 6,8 3,5 4,6
Die Untersuchungen im Jahr 1998 wurden größtenteils mit neuen
Empfängern und neuer Software durchgeführt. Dabei zeigte sich eine
Verbesserung der Zuverlässigkeit, die aber noch immer nicht als
zufriedenstellend bezeichnet werden kann (s. Tab. 4). Die Systeme
Leica 9500 und Geotracer 2204 hatten den geringsten Anteil grob
falscher Messungen, während das hybride System Ashtech GG 24 (mit der
„Jungfern“-Softwareversion) ca. 11 % Ausreißer für Lage und Höhe
lieferte. Auffällig schlecht waren auch die Höhenbestimmungen mit dem
System Trimble 4000 SSi (s. Tab. 4).
3.2 Analyse der Differenzen (Soll – Ist und 1. – 2. Messung)
Nach Eliminierung der groben Fehler wurde untersucht, welcher
prozentuale Anteil der Abweichungen 2 cm in der Lage und 3 cm in der
Höhe nicht überschritt (s. Tab. 5 und 6).
Tab 5: Anteil der Messungen unter der geforderten Genauigkeitsgrenze 1997
RTK-System Abweichungen
Soll – Doppel-
messungen
In der
Lage
≤ 20 mm
in %
in der
Höhe
≤ 30 mm
in %
Abweichungen
Soll –
Einzelmessungen
in der
Lage
≤ 20 mm
in %
in der
Höhe
≤ 30 mm
in %
Abweichungen
erste – zweite
Messungen
in der
Lage
≤ 20 mm
in %
in der
Höhe
≤ 30 mm
in %
GEOTRACER 2200; Softw. 1.12 86,0 68,3 70,1 61,1 78,3 84,9
TRIMBLE 4400 85,7 67,9 81,0 65,1 73,8 73,3
ZEISS GePoS RM 24 95,3 89,1 90,2 81,1 78,1 73,0
LEICA SR 399 E * 85,7 14,5 85,6 23,0 94,7 96,5
* Geotracer 2200, Trimble 4400 und Zeiss RM 24 wurden simultan im beschriebenen Netz getestet. Die
Untersuchung des Empfängers Leica SR 399 E erfolgte zu einem anderen Zeitpunkt in einem anderen Netz.
Hinsichtlich dieser Qualitätskriterien schnitt das System Zeiss RM 24
(Softwareversion 3.6b) am besten ab, die anderen Systeme folgen auf
etwa gleichem Niveau. Es ist nicht auszuschließen, daß das schwache
8

9
Ergebnis für Leica SR 399 E bei der Höhenbestimmung auf fehlerhafte
Sollhöhen zurückzuführen ist.
Tab 6: Anteil der Messungen unter der geforderten Genauigkeitsgrenze 1998
RTK-System Abweichungen
Soll – Doppel-
messungen
In der
Lage
≤ 20 mm
in %
in der
Höhe
≤ 30 mm
in %
Abweichungen
Soll –
Einzelmessungen
in der
Lage
≤ 20 mm
in %
in der
Höhe
≤ 30 mm
in %
Abweichungen
erste – zweite
Messungen
in der
Lage
≤ 20 mm
in %
in der
Höhe
≤ 30 mm
in %
ASHTECH GG 24 * 95,9 83,6 83,6 75,4 73,0 93,3
GEOTRACER 2204; Softw. 1.14 85,4 75,4 76,6 77,7 91,4 60,8
LEICA SR 9500 72,7 76,8 70,0 69,2 85,7 84,6
TRIMBLE 4000 SSi 73,8 83,0 72,4 50,0 92,2 77,1
TRIMBLE 4800 89,3 69,4 78,6 71,0 90,4 87,8
* Die Messungen mit dem Ashtech GG 24 wurden im gleichen Netz, aber zu einem anderen Zeitpunkt durchgeführt.
Dieser Empfänger hat für 20 Punkte mit stärkeren Abschattungen eine Lösung erzielt, davon 13 mit korrekten
Koordinaten und 7 mit Float-Lösungen bzw. mit groben Fehlern.
1998 erwies sich Ashtech GG 24 als Spitzenreiter mit einer Einhaltung
des Lagekriteriums von rund 96 % und des Höhenkriteriums von rund
84 %, gefolgt von Geotracer 2204 und Trimble 4800.
3.3 Untersuchung der äußeren und „inneren“ Genauigkeit
Aus den Differenzen der Sollkoordinaten und des Mittels aus erster und
zweiter Messung wurden die Standardabweichungen für die untersuchten
Systeme ermittelt (äußere Genauigkeit). Die Gegenüberstellung der
Ergebnisse der ersten und zweiten Messung spiegeln nicht die reale
innere Genauigkeit wider, weil sie zu verschiedenen Zeitpunkten
(Satellitenkonstellationen) mit separaten Zentrierungen und mit
verschiedenen Referenzstationen durchgeführt wurden (s. Tab. 7). Grobe
Fehler gingen nicht in die Betrachtungen ein.

Tab. 7: Genauigkeit der 1997 untersuchten Echtzeit-Systeme
RTK-System Vergleich des Mittels
aus 1. und 2. Messung
mit Sollkoordinaten
Vergleich der
Differenzen aus
1. und 2. Messung
Standardabweichung der Doppelmessungen
Lage Höhe Lage Höhe
in mm in mm in mm in mm
GEOTRACER 2200; Softw. 1.12 14 28 9 10
TRIMBLE 4400 11 28 9 14
ZEISS GePoS RM 24 11 20 8 15
Wie schon der Test auf Einhaltung der Genauigkeitskriterien vermuten
ließ (s. Abschnitt 3.2), lieferte das System Zeiss RM 24 die
genauesten Ergebnisse.
Tab. 8: Genauigkeit der 1998 untersuchten Echtzeit-Systeme
RTK-System Vergleich des Mittels
aus 1. und 2. Messung
mit Sollkoordinaten
Vergleich der
Differenzen aus
1. und 2. Messung
Standardabweichung der Doppelmessungen
Lage Höhe Lage Höhe
in mm in mm in mm in mm
ASHTECH GG 24 12 21 8 9
GEOTRACER 2204; Softw. 1.14 15 25 6 10
LEICA SR 9500 19 25 10 16
TRIMBLE 4000 SSi 16 26 6 11
TRIMBLE 4800 15 27 6 10
Ähnlich stellte sich auch die Situation 1998 dar: Für den
Spitzenreiter bei der Einhaltung der Genauigkeitskriterien, Ashtech
GG 24, wurden die geringsten Standardabweichungen ermittelt.
4 Untersuchung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit unter
Berücksichtigung der Abschattungsbedingungen
Um eine eventuelle Abhängigkeit der Zuverlässigkeit und Genauigkeit
der Messungen von den Abschattungsbedingungen festzustellen, wurden
die Differenzen Soll - Mittelwert aus 1. und 2. Messung als Funktion
des Abschattungsgrades untersucht (s. Tab. 9).
10

Die Unterscheidung der drei Stufen geringe, mittlere und
11
starke
Abschattungen wurde wie folgt definiert:
• geringe Abschattungen: Abschattungen bleiben grundsätzlich unter 20°
Elevation, nur nach Norden hin sind größere Abschattungen zulässig
• mittlere Abschattungen: mindestens 50 % des Horizontes sind
abschattungsfrei
• starke Abschattungen: weniger als 50 % des Horizontes sind
abschattungsfrei
Tab. 9: Zuverlässigkeit und Genauigkeit als Funktion der Abschattungsbedingungen
RTK-System Anzahl der
gemessenen Punkte
Anzahl der
Messungen mit
groben Fehlern
Anteil grober Fehler
in Prozent
Standardabweichg.
nach Eliminierung
grober Fehler in
mm
Lage Höhe
Lage Höhe Lage Höhe Lage Höhe
> 40 mm > 60 mm > 40 mm > 60 mm
geringe Abschattungen
ASHTECH GG 24 37 28 3 3 8,1 10,7 12 23
GEOTRACER 2204 45 38 0 0 0,0 0,0 15 24
LEICA SR 9500 36 30 0 0 0,0 0,0 16 20
TRIMBLE 4000 SSi 43 35 1 7 2,3 20,8 15 28
TRIMBLE 4800 44 35 1 1 2,3 2,9 14 28
mittlere Abschattungen
ASHTECH GG 24 27 21 0 0 0,0 0,0 12 18
GEOTRACER 2204 30 24 0 0 0,0 0,0 15 28
LEICA SR 9500 26 24 0 1 0,0 4,2 21 27
TRIMBLE 4000 SSi 32 25 0 4 0,0 16,0 19 23
TRIMBLE 4800 33 25 1 2 3,0 8,0 15 24
starke Abschattungen
ASHTECH GG 24 20 13 7 4 35,0 30,8 11 21
GEOTRACER 2204 9 5 2 2 22,2 40,0 16 21
LEICA SR 9500 4 4 1 2 25,0 50,0 11 43
TRIMBLE 4000 SSi 6 2 0 1 0,0 50,0 17 35
TRIMBLE 4800 7 2 0 0 0,0 0,0 19 34
Da nicht alle im Testnetz gemessenen Punkte mit Sollhöhen zur Verfügung standen, ist die Anzahl der lagemäßig
auswertbaren Punkte in der Regel größer als die der höhenmäßig auswertbaren.
Bei geringen Abschattungen waren Geotracer 2204 und Leica SR 9500 die
zuverlässigsten Systeme, da dort keine groben Fehler festgestellt
wurden. Geotracer 2204 konnte dieses Ergebnis auch bei mittleren
Abschattungen bestätigen; dort maß auch das System Ashtech GG 24 ohne
grobe Fehler. Bei starken Abschattungen änderte sich diese positive
Bild: Die Zahl der Ausreißer war bei allen drei genannten Systemen
recht hoch. Trimble 4800 maß im Vergleich zu Ashtech GG 24 nur wenige
Punkte unter diesen Bedingungen, aber sehr zuverlässig. Nach
Eliminierung der groben Fehler erreichte Ashtech GG 24 die kleinsten
Standardabweichungen.

5 Untersuchung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Absteckung mit
RTK-Systemen
Die Absteckungen wurden ebenso wie die Aufmessungen im gesamten
Elbenetz durchgeführt.
Tab. 10: Untersuchung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Absteckung
RTK-System Anzahl der
gemessenen
Punkte
Lage Höhe Lage
> 40
mm
Anzahl der
Messungen mit
groben Fehlern
Höhe
> 60
mm
Anteil grober
Fehler in
Prozent
Lage
> 40
mm
Höhe
> 60
mm
Standardabweichung
nach
Eliminierung
grober Fehler
in mm
Mittelwert der
Abweichung
von den Sollkoordinaten
in mm
Lage Höhe Lage Höhe
GEOTRACER 2204 76 62 1 7 1,3 11,3 15 23 12 -10
LEICA SR 9500 67 59 1 3 1,5 5,1 19 25 15 2
TRIMBLE 4000 SSi 79 64 6 17 7,6 26,6 19 36 16 -25
TRIMBLE 4800 80 64 3 8 3,7 12,5 17 28 15 - 3
Die Anmerkung zu Tab. 9 gilt hier gleichermaßen.
Als zuverlässigste Systeme für die Absteckung erwiesen sich Leica
SR 9500 und Geotracer 2204. Auffällige Defizite bei der
Höhenabsteckung sowohl bei der Zuverlässigkeit als auch bei der
Genauigkeit zeigten sich beim RTK-System Trimble 4000 SSi. Der Anteil
grober Fehler (Abweichungen > 60 mm) an den Messungen erreichte dort
26,6 %! Es muß daher als unzuverlässig und ungeeignet für
Höhenabsteckungen eingeschätzt werden. Die Lagestandardabweichungen
nach Eliminierung der groben Fehler ähnelten sich bei allen
Herstellern (15 - 19 mm). Das System Ashtech GG 24 konnte in diese
Untersuchung nicht einbezogen werden, da die Ausleihfrist abgelaufen
war.
6. Untersuchung des Verhaltens bei Neuinitialisierungen nach
Abdeckungen der Roverantenne
Eine korrekte Initialisierung ist Voraussetzung für die Richtigkeit
der Messungsergebnisse. Interessant ist außerdem die Länge der
Initialisierungszeit. Solange initialisiert wird, kann keine
Positionsbestimmung erfolgen. Dies spielt vor allem nach einem
Signalverlust bei kontinuierlichen Messungen zur Bahnbestimmung
bewegter Objekte eine Rolle. Ursachen für Signalverluste sind meist
Abschattungen durch Bäume, Brücken, Viadukte oder Tunnel. Bei
12

13
Empfängern bzw. Antennen auf Flugzeugen kann dessen Neigung in Kurven
ebenfalls zu einem Signalabriß führen. Um zu prüfen, wie genau und
zuverlässig die Initialisierungen erfolgen, wurden durch das
vollständige Abdecken der Roverantenne mit einem Metallzylinder für
0,5, 2 und 30 Sekunden die oben erwähnten praxisrelevanten
Abschattungen simuliert. Um statistische Aussagen machen zu können,
wurden pro Abdeckzeit 40 Versuche durchgeführt (s. Tab. 11).
Tab. 11: Vergleich der Initialisierungszeiten - Ergebnisse von 1996
RTK-System Behaltene IniDurchschnitt- Minimale Maximale
tialisierungenliche Initialisierungszeit in Minuten:Sekunden
Abdeckzeit 0,5 Sekunden
GEOTRACER 2200; Softw. 1.1 32 von 40 0:10 0:03 0:22
TRIMBLE 4000 SSi 11 von 40 0:39 0:02 1:31
Abdeckzeit 2 Sekunden
GEOTRACER 2200; Softw. 1.1 2 von 40 0:39 0:05 4:51
TRIMBLE 4000 SSi 0 von 40 1:03 0:05 3:22
Abdeckzeit 30 Sekunden
GEOTRACER 2200; Softw. 1.1 2 von 40 1:53 0:10 6:08
TRIMBLE 4000 SSi 0 von 40 1:38 0:56 4:10
Tab. 12: Vergleich der Initialisierungszeiten - Ergebnisse von 1997
RTK-System Behaltene IniDurchschnitt- Minimale Maximale
tialisierungenliche Initialisierungszeit in Minuten:Sekunden
Abdeckzeit 0,5 Sekunden
GEOTRACER 2200; Softw. 1.12 34 von 40 0:12 0:28 2:28
ZEISS RM 24; Softw. 3.6b 6 von 40 1:38 0:08 2:45
Abdeckzeit 2 Sekunden
GEOTRACER 2200; Softw. 1.12 2 von 40 1:13 0:17 4:12
ZEISS RM 24; Softw. 3.6b 0 von 40 1:53 1:01 5:17
Abdeckzeit 30 Sekunden
GEOTRACER 2200; Softw. 1.12 0 von 40 2:34 1:42 6:27
ZEISS RM 24; Softw. 3.6b 0 von 35 1:56 1:20 4:29
Mit weiterentwickelter Software wurden 1997 ähnliche Untersuchungen
durchgeführt (s. Tab. 12). Geotracer 2200 und Zeiss RM 24 wurden
simultan untersucht. Die Untersuchung des ZEISS RM 24 wurde durch
Kollision der Gondel eines Heißluftballons mit der Antenne vorzeitig
beendet. Deshalb kam es beim letzten Durchgang nur zu 35 Tests statt
der üblichen 40. Trimble 4400 konnte nicht untersucht werden, da die
Leihfrist schon abgelaufen war.
Die Toleranz gegenüber kurzzeitigen Abdeckungen der Roverantenne
(0,5 s) war bei Geotracer 2200 bei beiden Softwareversionen deutlich
größer als bei Zeiss und Trimble (s. Tab. 11 und 12). Nur bei ca. 20 %
aller Abdeckungen war eine Neuinitialisierung erforderlich (Zeiss
85 %, Trimble ca. 70 %). Die Geotracer-Empfänger initialisierten sich

14
nach Abdeckung deutlich schneller als die von Zeiss (Faktor 9) und
Trimble (Faktor 4).
Bei der Abdeckungszeit von 2,0 s war bis auf Ausnahmen bei allen
Empfängern eine Neuinitialisierung erforderlich. Auch hier zeigte
Geotracer Geschwindigkeitsvorteile gegenüber der Konkurrenz. Erst bei
einer Bedeckungszeit von 30 s kehrte sich das Bild um. Da
initialisierten die Trimble 4000 SSi am schnellsten (98 s), Zeiss
RM 24 (V. 3.6b) war ca. 10 %, Geotracer 2200 (V. 1.11) um den Faktor
1,5 langsamer.
Von 115 Initialisierungen waren bei Zeiss alle korrekt. Geotracer 2200
hatte für beide Versionen je eine im Dezimeterbereich falsche
Initialisierung (von je 120). Am unzuverlässigsten stellten sich die
Trimble 4000 SSi mit 6 im Dezimeterbereich falschen Initialisierungen
dar (von ebenfalls 120).
Tab. 13: Vergleich der Initialisierungszeiten - Ergebnisse von 1998
RTK-System Behaltene IniDurchschnitt- Minimale Maximale
tialisierungenliche Initialisierungszeit in Minuten:Sekunden
Abdeckzeit 0,5 Sekunden
GEOTRACER 2204; Softw. 1.14 6 von 40 0:40 0:11 1:57
TRIMBLE 4800 0 von 40 0:30 0:22 1:00
TRIMBLE 4000 SSi 0 von 40 1:02 0:47 0:47
ASHTECH GG 24 22 von 40 0:09 0:02 0:31
LEICA SR 9500 0 von 40 1:26 0:44 2:47
Abdeckzeit 2 Sekunden
GEOTRACER 2204; Softw. 1.14 0 von 40 0:43 0:16 2:18
TRIMBLE 4800 0 von 40 0:31 0:22 1:03
TRIMBLE 4000 SSi 0 von 40 1:18 0:59 2:05
ASHTECH GG 24 9 von 38 0:11 0:01 0:34
LEICA SR 9500 0 von 40 1:26 1:01 2:45
Abdeckzeit 40 Sekunden
GEOTRACER 2204; Softw. 1.14 0 von 40 2:20 0:40 15:14
TRIMBLE 4800 0 von 40 0:51 0:23 2:23
TRIMBLE 4000 SSi 0 von 40 1:26 0:54 2:54
ASHTECH GG 24 0 von 40 0:54 0:11 3:20
LEICA SR 9500 0 von 40 1:25 1:10 2:49
In Tabelle 13 sind die 1998 bei Initialisierungsuntersuchungen erreichten
Ergebnisse zusammengefaßt. Für Geotracer 2204 und Trimble 4800 erfolgte die
Untersuchung simultan. Der Empfänger Trimble 4000 SSi war zu dieser Zeit
defekt und wurde später bei gleicher Satellitenkonstellation untersucht, so
daß man mit unterschiedlichen ionosphärischen und troposphärischen
Bedingungen rechnen muß. Ashtech GG 24 und Leica SR 9500 wurden jeweils
separat untersucht.

15
Zum Ashtech GG 24 ist folgendes anzumerken: Bei Abdeckzeit 0,5 s lieferten
die 22 beibehaltenen Initialisierungen neunmal falsche Koordinaten. Von den
18 Neuinitialisierungen waren 4 falsch. Bei Abdeckzeit 2 s lieferten die 9
beibehaltenen Initialisierungen achtmal falsche Koordinaten. Von 29
Neuinitialisierungen war eine falsch. Bei Abdeckzeit 30 s waren alle 40
Neuinitialisierungen zuverlässig. Wenn man Neuinitialisierung per Reset
herbeiführte, gab es keine Fehlinitialisierungen.
Beim Zeitvergleich war Ashtech GG 24 unschlagbar bei allen
Abdeckungszeiten. Das konnte man erwarten, da bei diesem System das
Anti-Spoofing der Amerikaner umgangen werden kann. Das System Trimble
4800 initialisiert sich sehr schnell. Von 120 Initialisierungen waren
bei Trimble 4800, Geotracer 2204, Leica 9500 und Trimble 4000 SSi
(Softwareversion V. 4.15) alle korrekt.
7. Bewertung der RTK-Systeme
Die Bewertung der Systeme erfolgte nach subjektiv festgelegten
Kriterien und Gewichtungen. Die größten Gewichte erhielten die
Kriterien Zuverlässigkeit und Genauigkeit, die für die
Praxistauglichkeit von hervorragender Bedeutung sind. Besonders die
Zuverlässigkeit erwies sich als neuralgischer Punkt, bei dem für die
Zukunft Verbesserungen wünschenswert sind. Folgende Maßstäbe wurden
für die Bewertung der Kriterien Zuverlässigkeit, Genauigkeit und
Initialisierungsdauer zugrundegelegt (Tab. 14):

Tab. 14: Maßstäbe für die Bewertung der Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Initialisierungsdauer
Kriterium Zuverlässigkeit Genauigkeit Initialisierungsdauer
für Lage und Für die Lage für die Höhe Abdeckungszeit Abdeckungszeit
Höhe
0,5 s und 2,0 s 30 s
Meßgröße grobe Fehler Differenzen Sollkoordinaten -
Doppelmessungen
Zeitdauer
Maßeinheit
Note
Prozent Millimeter Sekunden
1 0 < 16 < 25 < 15 < 60
2 1 25 35 30 80
3 2 - - 50 100
4 4 - - 70 150
5 ≥ 6 - - > 70 > 150
Benotungen für Zwischenwerte wurden linear interpoliert.
Die Beurteilung der Empfänger erfolgte unter Berücksichtigung der Genauigkeit
und Zuverlässigkeit bei den durchgeführten Testmessungen. Außerdem wurden
auch Kriterien wie Bedienkomfort, Funkverbindung, Stromversorgung,
Tragekomfort, Verkabelung, Meßgeschwindigkeit und Bedienungsanleitung für das
RTK-System in Betracht gezogen (s. Tab. 15 und 16)
Tab. 15: Bewertung der RTK-Systeme; Ergebnisse von 1997
Gewicht 10 10 10 10
RTK-System Benotung
Zuverlässigkeit Genauigkeit (ohne
grobe Fehler)
Aufmessung Aufmessung
(Sollkoordinaten – (Sollkoordinaten –
Doppelmessungen) Doppelmessungen)
Lage Höhe Lage Höhe
> 40 mm > 60 mm
GEOTRACER 2200 5,0 5,0 1,0 1,3
TRIMBLE
4000 SSi/4400
5,0 5,0 1,0 1,3
ZEISS RM 24 3,5 1,0 1,0 1,0
Gewicht 10 10 7 7 10 8 5
RTK-System Benotung
BedieFunkverStromTrageVerInitialiBedieGesamtnungsbindungversorkomfortkabelungsierungsnungsnotekomfortgungdaueranleitungen GEOTRACER 2200 3 3 3 2 3 3,0 2 2,91
TRIMBLE
4000 SSi/4400
3 2 3 3 4 4,3 2 3,09
ZEISS RM 24 4 2 3 3 3 4,4 3 2,55
Bewertet wurde für das System Geotracer 2200 die Softwareversion 1.12, für das System Zeiss RM 24 die
Softwareversion 3.6b. Beim Test der Trimble-Ausrüstung wurde ein 4000 SSi-Empfänger als Basisstation mit einem
4400-Rover kombiniert.
In der Bewertung von 1997 erzielte das System Zeiss RM 24 klar die
besten Ergebnisse. Das System Geotracer 2200 wies geringfügige
Vorteile gegenüber dem Trimble 4000 SSi auf (s. Tab. 15).
16

Tab. 16: Bewertung der RTK-Systeme; Ergebnisse von 1998
Gewicht 10 10 10 10 10 10 10 10
RTK-System Benotung
Zuverlässigkeit Genauigkeit (ohne grobe Fehler)
Aufmessung Absteckung Aufmessung Absteckung
(Sollkoordinaten – (Sollkoordinaten - (Sollkoordinaten - (Sollkoordinaten -
Doppelmessungen) Einzelmessungen) Doppelmessungen) Einzelmessungen)
Lage Höhe Lage Höhe Lage Höhe Lage Höhe
> 40 mm
> 60 mm
> 40 mm
> 60 mm
ASHTECH GG 24 5,0 5,0 - - 1,0 1,0 - -
GEOTRACER 2204 3,2 4,0 2,3 5,0 1,0 1,0 1,0 1,0
LEICA SR 9500 2,5 4,5 2,5 4,5 1,3 1,0 1,2 1,0
TRIMBLE 4000 SSi 2,6 5,0 5,0 5,0 1,0 1,1 1,2 2,1
TRIMBLE 4800 3,2 4,3 3,8 5,0 1,0 1,2 1,1 1,3
Gewicht 10 10 7 7 10 8 5
RTK-System Benotung
BedieFunkverStromTrageVerInitialiBedieGesamtnungsbindungversorkomfortkabelungsierungsnungsannotekomfortgungdauerleitungen ASHTECH GG 24 3 3 3 3 5 1,0 2 2,99
GEOTRACER 2204 3 3 3 3 3 3,4 2 2,59
LEICA SR 9500 2 2 3 4 4 4,1 2 2,60
TRIMBLE 4000 SSi 3 3 3 3 4 4,3 2 3,04
TRIMBLE 4800 2 2 2 2 1 1,7 2 2,27
Bei den analogen Untersuchungen 1998 erhielt das System Trimble 4800
die beste Gesamtbeurteilung. Die zweitplazierten Systeme Geotracer
2204 und Leica SR 9500 wiesen keine großen Unterschiede auf. Die
schlechte Endnote für Ashtech GG 24 ist auf die mangelhafte
Zuverlässigkeit zurückzuführen. Auch beim Schlußlicht Trimble 4000 SSi
(Softwareversion 4.15) liegt der Hauptgrund bei den Defiziten in
puncto Zuverlässigkeit, insbesondere bei der hohen Anzahl grober
Fehler bei der Höhenbestimmung (s. Tab 16).
8. Schluß
Diese Untersuchung veranschaulicht, daß man beim Arbeiten mit
kinematischen Echtzeit-Systemen die zweifellos vorhandenen Vorteile
gegenüber den noch gewichtigen Nachteilen für die eigenen speziellen
Anwendungsgebiete abwägen muß. In der Regel hängt die Qualität der
Messungsergebnisse sehr von den Abschattungsbedingungen ab (Ausnahme:
Trimble 4800 bei großen Abschattungen). Eine topographische Aufnahme
in stark bebauten Gebieten ist wegen Mehrwegeausbreitungen und
häufigen Initialisierungsverlusten durch Abschattungen nahezu
unmöglich bzw. mit unvertretbar hohem Aufwand verbunden.
17

18
Bei der Auswertung der Daten konnte festgestellt werden, daß die Zahl
grober Fehler mit zunehmender Abschattung wuchs. Die Lagebestimmung
wurde bei starken Abschattungen wesentlich beeinträchtigt, während für
die Höhen schon bei geringen Abschattungen negative Auswirkungen
beobachtet wurden (besonders beim RTK-System Trimble 4000 SSi).
Die Untersuchungen zeigen, daß man grobe Fehler nicht durch doppelte
RTK-Messungen bei Verwendung zweier Referenzstationen zu verschiedenen
Zeitpunkten eliminieren kann.
Deswegen bleibt die Zuverlässigkeit noch immer das Hauptproblem der
Echtzeitvermessung. Sie ist nur in abschattungsfreien Gebieten
zufriedenstellend gewährleistet. Ihre Abhängigkeit vom Grad der
Abschattung wurde nachgewiesen.
Fazit: RTK-Systeme können bei Genauigkeitsforderungen von 2 cm für die
Lage eingesetzt werden, wenn im Messungsgebiet nur geringfügige
Abschattungen vorhanden sind. Bei Absteckungen sollten auf klassische
Kontrollmöglichkeiten nicht verzichtet werden.
Die 1998 untersuchten RTK-Systeme Trimble 4800, Geotracer 2204 und
Leica SR 9500 unterscheiden sich kaum in bezug auf Genauigkeit und
Zuverlässigkeit. Nur bei Komfort und Bedienung sind Unterschiede zu
erkennen. Der Vergleich der Bewertungen von 1997 und 1998 zeigt die
schnelle technische Weiterentwicklung. Die Firma Trimble stellte 1997
mit dem System 4800 ein völlig neu konzipiertes RTK-System vor, das
für andere Anbieter vorbildlich wurde.
Es bleibt zu hoffen, daß durch künftige Hard- und
Softwareentwicklungen Real-Time-GPS zu einer wirklich universellen
Methode vervollkommnet werden kann.
9 Danksagung
Die Messungen für diese Untersuchungen wurden im Rahmen mehrerer
Diplomarbeiten durchgeführt. Aus diesem Grund gilt unser Dank
folgenden Diplomandinnen und Diplomanden: Frau Sibylle Hartig, Frau
Manuela Lattke, Frau Katrin Mudra, Frau Paula Pfefferkorn, Frau
Solveig Schoen, Herrn Dirk Band, Herrn Torsten Groetchen, Herrn André
Hofmann, Herrn Andreas Kell, Herrn Kai Liebe, Herrn Steffen Markert,

19
Herrn Ralf Meißner, Herrn Dirk Peukert, Herrn André Totterwitz und
Herrn Torsten Weber.
Literatur
1. Kuhn M., Obermeier S. und Heck B. (1998): Untersuchungen zum Einsatz
von GPS-Echtzeitvermessungssystemen in der Praxis; ZfV (5/98), 140-
149.
2. Handbücher für GPS-Echtzeitvermessungssysteme: Ashtech GG 24,
Geotracer 2200 und 2204, Leica SR 399 und SR 9500, Trimble 4000 SSi,
4400 und 4800 und Zeiss GePos RM 24.