Stationsetablering innebär bestämning av ett mätinstruments fysiska läge och orienterad riktning. I dagens bygg- och anläggningsbransch används nästan uteslutande fri station för att etablera en stationspunkt för mätningar. På en byggplats är tillgången till referensobjekt ofta begränsad. Instrumentets placering blir därför en kompromiss mellan tillgång till referensobjekt och tillgång till den plats där inmätning respektive utsättning skall ske. Denna kompromiss ger upphov till skiftande geometriska konfigurationer hos referensobjekten, vilka påverkar mätresultatet. Studiens syfte är att undersöka om simuleringar av fria stationsuppställningar i Svensk Byggnadsgeodesis (SBG:s) programvara Geo verifieras av fältmätningar och efterföljande beräkningar av osäkerhetsparametrar orsakade av konfiguration och mätta längder och riktningar. Delmål var att etablera ett testnät för att sedan genomföra simulering och fältmätning av fri stationsetablering mot. Analysen av fri stationsuppställning innefattade endast simulering och fältmätning i plan, med parametrarna X, Y och riktning. I samtliga konfigurationer verifieras simuleringarna av fältmätningarna genom att redovisade osäkerhetsellipser, till form och utbredning, överensstämmer. Detta innebär att genom simulering i SBG Geo kan svagheter i konfigurationer upptäckas och undvikas vid fältmätning, vilket är både tids- och resurssparande. Studiens slutsats är; Simulera mera. Simulering i SBG Geo visar god överensstämmelse med fältmätning och är där med ett effektivt planeringsverktyg för mätning samt att vid etablering av fri station bör referensobjekten placeras så att stationspunkten interpoleras för lägst osäkerhet. Faktorer att beakta vid fri station är, enligt studien: konfigurationen, mätningarnas kvalitet och att tillräcklig kontrollerbarhet (k-tal) föreligger / Station setup involves determination of the measuring instruments physical location and orientation. In today's construction industry free station is almost exclusively used to establish a station point for measurements. On a construction site, access to reference objects is often limited. The instruments placement therefore becomes a compromise between access to the reference objects and access to the site where surveying will take place. This compromise results in varying geometric configurations of the reference objects, which affect the results of the survey. This study aims to investigate whether the simulations of free station setups in Svensk Byggnadsgeodesis ( SBG's ) software Geo is verified by field measurements and subsequent calculations of uncertainty parameters caused by configuration and surveyed distances and directions. One objective of this study was to establish a test network of reference objects, which simulation and field measurement of free station were established against. The analysis of free station setup included only simulation and field measurement of plane surveying, with the parameters X, Y and direction. In all configurations, the simulations were verified by the field measurements by consistent corresponding of the shape of the error ellipses. This means that by simulation of SBG Geo, weaknesses in configurations can be detected and avoided during field survey, which saves both time and resources. Factors to consider when establishing free station is, according to the study: configuration, quality of the measurements and sufficient controllability (K-tal). The study concludes; simulate more. Simulation in SBG Geo show good representation of field measurements and is therefore an effective planning tool for field surveying. When establishing free station reference objects should be positioned so that the station point is interpolated for the lowest uncertainty

Syftet med detta examensarbete är att jämföra kvaliteten som erhålls vid olika typer av fri stationsetablering. Tre olika metoder har jämförts vilka är etablering mot kända stompunkter (traditionell metod), etablering mot GNSS-bestämda punkter med snabb metod och etablering mot GNSS-bestämda punkter med långsam metod. Den snabba metoden går ut på att mäta in en punkt med fem (5) positionsbestämmelser med GNSS samtidigt som totalstationen mäter in punkten som ett bakåtobjekt. Varje punkt behöver då besökas endast en gång. Den långsamma metoden går ut på att mäta in alla punkter som ska användas som bakåtobjekt med tjugo (20) positionsbestämmelser med GNSS, för att därefter mäta in dem med totalstation. Varje bakåtobjekt måste då besökas två gånger. Arbetet utfördes i Arvika kommun. Tre stompunkter användes som huvudsakliga bakåtobjekt. Dessa punkter användes som bakåtobjekt för att jämföra kvaliteten på GNSS-mätningarna relativt de sanna koordinaterna på stompunkterna vilka hämtas från respektive punktbeskrivning. Olika antal bakåtobjekt mättes in med GNSS för att undersöka hur kvaliteten förändrades i takt med att fler bakåtobjekt tillkom. Fri stationsetablering genomfördes i varje metod med tre, fem och sju bakåtobjekt. Det gjordes tre mätomgångar för att kunna jämföra mätningarna med varandra. Slutsatser som dras är att vid uppdatering av primärkartan räcker det med att använda den snabba GNSS-metoden tillsammans med tre bakåtobjekt för att uppnå tillfredsställande kvalitet. Vid finutsättning bör den långsamma metoden med fem bakåtobjekt användas istället.  Arbetet beskriver även teorin bakom GNSS-tekniken och fri station. / The purpose of this degree project is to compare the quality obtained from different types of free station establishment. Three different methods have been compared. The methods are establishing towards control points (traditional method), establishing towards GNSSdetermined points with a fast method and establishing towards GNSS-determined points with a slow method. The fast method is to measure a point with five (5) positions with GNSS while the total station measures the point as backsights simultaneously. Using this method each point needs to be visited only once. The slow method is to first measure all points to be used as backsights with 20 positions with GNSS, then return to each point and measure them with the total station. Each point must then be visited twice. Three control points in the city of Arvika were used as backsights. It was also those points that were measured with GNSS to compare the quality of GNSS measurements relative to their "true" coordinates extracted from the point description. Different number of backsights were used to investigate how the quality changed as more backsights were added. Free station establishment was performed with each method using three, five and seven backward objects. Three measuring rounds were made to compare the measurements in each round with each other. Conclusions drawn are that, when updating the primary chart, it is sufficient to use the fast GNSS method along with three backsights to achieve satisfactory quality, but in construction measuring where the quality needs to be very high the slow method with five backsights should be used instead. The work also describes the theory behind GNSS technology and free station.

Traditionellt är avvägning den metod som används vid höjdsättning av nyetablerade stompunkter. Men det är en teknik som kan vara både kostsam och tidskrävande, i synnerhet då avståndet till närmsta anslutningsnät är ansenligt. Den här studien undersöker en alternativ metod till avvägning, RUFRIS-metoden. RUFRIS (RealtidsUppdaterad FRI Station) bygger på att totalstationen erhåller sin position genom avstånds- och vinkelmätning kombinerat med GNSS-teknik i realtid. Det är möjligt då mätstången är försedd med både prisma och GNSS-rover, vilket gör att totalstationen beräknar sina positionskoordinater direkt i fält. Mätosäkerheten i plan är låg och metoden används regelbundet, men vid höjdmätning används fortfarande avvägningsteknik. Syftet med uppsatsen är att undersöka RUFRIS-metodens mätosäkerhet i höjd, samt dess pålitlighet som alternativt tillvägagångsätt vid höjdbestämning av nyetablerade stompunkter.  I studien samlades data in från mätningar på tre olika områden i Karlstads kommun med nära anslutning till en känd stompunkt med koordinater i korrekt referenssystem, SWEREF 99 13 30 samt RH2000. Totalt genomfördes 60 totalstationsetableringar med RUFRIS-metoden, 20 på respektive studieområde. 10 med 6 bakåtobjekt och 10 med 15 bakåtobjekt med efterföljande inmätning av respektive stompunktshöjd som jämförelsereferens. Utifrån insamlade mätdata sammanställdes och beräknades medelhöjd, mätosäkerhet och spridning inom mätserierna för varje studieområde.  Studien visar att höjdbestämning med RUFRIS-metoden kan uppnå standard-osäkerhet på 2,5 mm vid enskild mätning då 15 bakåtobjekt nyttjas. Som högst blev standardosäkerheten för enskild mätning 5,4 mm, utfört med etablering med 6 bakåtobjekt. Vid jämförelsen med Karlstads kommuns stompunkter blev samtliga höjder lägre än motsvarande avvägd referenshöjd. Resultatet tyder på ett systematiskt fel där GNSS/RTK-mätta höjder redovisade lägre nivå än de avvägda stom-punkternas höjdkoordinater. Att detta tolkas som systematiskt fel baseras på den samlade spridningen inom varje mätserie. Som mest blev den 16,2 mm, vid etablering med 6 bakåtobjekt, vilket tyder på stabila etableringar med goda mätresultat. Minst spridning inom en mätserie blev 7,1 mm då 15 bakåtobjekt användes för etablering.  Utifrån resultatet kan slutsats dras att höjdbestämning med RUFRIS-metoden kan vara ett alternativ till traditionell avvägning då krav på mätosäkerhet ställs till 10 mm. Vid goda förhållanden för GNSS/RTK-mätning och med 15 inmätta bakåtobjekt kan mätosäkerhet på 5 mm i höjd anses rimligt att uppnå med RUFRIS-metoden. Då krav på lägre mätosäkerhet ställs bedöms avvägning som mer tillförlitligt, men då bör avståndet till närmaste höjdfix vara en faktor att ta med i beaktning. / The traditional method of determining vertical coordinates in surveying is by levelling. The height from a definite coordinate point gets transferred to a new point. But what if there is no point nearby? Levelling over long distances is costly and time consuming. This study is investigating another way of setting new height points, the RUFRIS-method. The RUFRIS-method is a Swedish innovation and stands for “Realtime Updated Free Station” (RealtidsUppdaterad FRI Station in Swedish language). Establishments of the total station with the RUFRIS-method is done in real time and the total station gets its coordinates by a combination of traditional measurements by distance and angle combined with GNSS-technique. This is possible due to a multiple pole with both a reflector and a GNSS-rover set on top. The purpose of this study is to investigate the precision of height levelling with the RUFRIS-method and if the method could be used as a substitute to traditional levelling.  In this study three separate areas in Karlstad were selected and set up for RUFRIS-establishments. On each area there was a point with known coordinates in the correct reference system, SWEREF 99 13 30 and RH2000. A total of 60 RUFRIS-establishments were set up, 20 on each area. 10 with 6 backsight points and 10 with 15 backsight points, including subsequent measurement of the control points as a comparison reference. Based on the collected measurement data mean height, uncertainty and spread within the measurement series were analysed and calculated.  The result in this study shows that the lowest uncertainty achieved during single measurements was 2.5 mm in one of the RUFRIS-establishment series with 15 backsight points. Highest uncertainty was 5.4 mm during RUFRIS-establishment with 6 backsight points. Comparing with the known vertical coordinates the result indicated a systematic error due to the fact that every measured height ended up lower than the references height. The conclusion that a systematic error occurred were made on the basis of the narrow spread within all the measured series, 7.1-16.2 mm. The result indicates that all the establishments with the RUFRIS-method were solid and trustfully made.  The conclusion of this study is that the RUFRIS-method is a useful and solid way to determine new height points in cases were the uncertainty-limit is set to 10 mm. Under good GNSS/RTK conditions and establishment made with 15 backsight points its likely to expect uncertainty of 5 mm in height level with the RUFRIS-method. When requirement for lower uncertainty is demand levelling is considered as more reliable, but the distance to the closest known coordinate-point should be a factor to be considered.

Behovet av mätning med totalstation har inom många områden minskat till förmån för mätning med GNSS-baserad teknik som ett resultat av dess större flexibilitet och ofta acceptabla osäkerhet. GNSS-baserad mätning kan dock begränsas av olika faktorer, vilket skapar ett behov av mätning med totalstation. Etablering av totalstation sker traditionellt genom kända punkter, men när dessa inte finns tillgängliga behövs andra metoder för etablering som ger en låg osäkerhet.  Syftet med denna studie är att undersöka två GNSS-baserade fri stationsetablerings-metoder. Realtidsuppdaterad fri station (RUFRIS) bygger på kombinerad mätning, där koordinaterna för minst 15 bakåtobjekt mäts in med NRTK samtidigt som totalstationen mäter längd och riktning mellan station och bakåtobjekt. 180-sekundersmetoden bygger på kontinuerlig mätning i tre minuter på minst tre punkter, för att sedan använda dessa punkter som bakåtobjekt under fri stationsetablering. Under tre dagar insamlades mätdata från totalt 60 etableringar i Skålsjön i Ovanåkers kommun. Totalt 30 etableringar per metod utfördes växlande med varandra för att få samma tidspåverkan för mätningarna. Platsen valdes till följd av en närliggande stompunkt av hög kvalitet samt en realistisk mätningsmiljö. Insamlade data bearbetades och beräknades med avseende på spridning och mätosäkerhet. Dessutom utfördes en tidsanalys av erhållna mätdata. Den enskilda standardosäkerheten för RUFRIS beräknades vara 6,7 mm i plan och 15 mm i höjd. För 180-sekundersmetoden beräknades standardsosäkerheten till 10 mm i plan och 7,2 mm i höjd. Enligt den lägeskontroll som utfördes i studien var det endast RUFRIS som klarade den beräknade toleransen i plan. I höjd var det enbart 180-sekundersmetoden som befann sig inom toleransen. RUFRIS klarade dock toleransen när samtliga grova fel uteslöts från beräkningen. Slutsatsen som drogs i denna studie var att RUFRIS lämpar sig väl för mätnings-situationer med fokus på plan i områden med god sikt. 180-sekundersmetoden lämpar sig däremot bättre till höjdmätning och kan potentiellt vara ett alternativ till avvägning när toleransen i höjd är inom 10 mm. Mätningarna utfördes under goda förhållanden med avseende på jonosfären, därav antogs upplevda störningar gällande erhållandet av fixlösning och mätvärden inte härstamma från denna felkälla. Mätosäkerheten ökade i samband med kraftigt snöfall, vilket tyder på att vädret påverkade resultatet. Sammanfattningsvis har båda metoderna sina styrkor och svagheter, men ingen av metoderna visade sig vara mer lämplig än den andra när etableringen avser mätning i både plan och höjd. / The purpose of this study is to investigate two GNSS-based methods of establishing a free total station. Due to technological advances made within GNSS-based measuring, the total station is seeing less use by surveyors in the field. Despite this, there are situations where GNSS-receivers might struggle and the need to use a total station arises. In these situations, there needs to be a reliable method of establishing the total station without known points and with a low uncertainty. This can be accomplished by utilizing real time updated free station (RUFRIS) and the 180-seconds method. Both RUFRIS and the 180-seconds method is frequently used by municipalities and companies, which raises the question about which of these methods performs better. To answer this, a comparison is made between these two methods regarding their uncertainty, their user friendliness, which situations they are best suited for and how different time aspects might affect them. A total of 60 establishments have been made over the course of three days while comparing the results to a known reference point. The results showed that RUFRIS is better suited for horizontal measurements, is quick to use and needs a larger area, while the 180-seconds method is better suited for vertical measurements, takes a bit longer and requires less space.

Fri stationsetablering med nätverks-RTK är en metod för att etablera en totalstation över en okänd punkt utan att ha tillgång till några kända punkter. Detta möjliggör för noggranna mätningar där stompunkter saknas. Det finns olika sätt att genomföra fri stationsetablering med n-RTK, och i denna studie utvärderades fyra olika sådana, där skillnaden mellan dem handlar om hur bakåtobjekten bestäms. De metoder som studerades var RUFRIS med 15 respektive 3 bakåtobjekt, Dubbelmätning och 180-sekundersmetoden. Vid RUFRIS mättes varje bakåtobjekt in med en observationstid på 5 s. Vid Dubbelmätning användes tre bakåtobjekt som var medeltal från två inmätningar vardera i 5 s med en tidsseparation på 30 min. Bakåtobjekten vid 180-sekundersmetoden var tre till antalet som mättes in med en observationstid på 180 s. Metoderna beskrivs bl.a. kortfattat i HMK – GNSS-baserad detaljmätning 2017 och ytterligare ett syfte med studien var att utvärdera beskrivningen utav dem däri. Med varje metod genomfördes tio etablering och efter varje sådan mättes en detaljpunkt in för att även undersöka hur noggranna inmätta detaljpunkter blev med de olika metoderna. Metoderna utvärderades genom att jämföra osäkerheter, RMS och användarvänlighet för etablerings- respektive detaljpunkter. Osäkerheterna var dels baserade på spridningen av tio etableringar/inmätningar per metod över en och samma punkt och dels sådana som presenterades i instrumentet vid varje etablering. För beräkning av RMS användes referenspunkter som mätts in genom statisk GNSS-mätning som efterberäknats i SWEPOS Beräkningstjänst. Förutom jämförelser mellan metoderna kontrollerades även om metoderna gav tillräckligt låga osäkerheter för att klara de rekommenderade toleranser för fri stationsetablering som anges i HMK – Terrester detaljmätning 2017. Beräknade osäkerheter i plan, alla metoder inräknat, varierade från 3 till 6 mm sett till både etablerings- och detaljpunkten vilket innebär att samtliga metoder klarar de högre toleranserna i HMK. Den metod som fick både lägst osäkerhet och RMS var RUFRIS med 15 bakåtobjekt, vilken dessutom var ensam om att vara tillräckligt noggrann för att klara de lägre toleranserna. Motsvarande osäkerheter i höjd varierade mellan 3 och 8 mm. Vad gäller toleranserna, visade sig endast RUFRIS med 15 bakåtobjekt vara lämplig, vid lägre krav. Vid högre krav fordras noggrannare metoder. Referenspunkterna hade för höga osäkerheter i förhållande till osäkerheterna hos de studerade metoderna, för att kunna utvärdera metoderna baserat på RMS, i den omfattning det var tänkt. / Free station set up with network-RTK (n-RTK) is a method of establishing a total station over an unknown point without having access to any known points. This allows for accurate surveying even though control points are missing. There are different ways to perform free station set up with n-RTK, and in this study, four different methods were evaluated. The difference between the methods is how the target points are determined. The methods evaluated were RUFRIS (real time updated free station) with 15 and 3 target points, double measurement and the 180seconds method. With RUFRIS, each target point was measured with a 5 s observation time. In double measurement, three target points were used, where each target point was the average of two measurements. Each of these measurements used a 5 s observation time, and a 30 minute separation between the measurements. The number of target points in the 180-seconds method were also three, measured with an observation time of 180 s. The methods are briefly mentioned in HMK – GNSS-baserad detaljmätning 2017 and another purpose of the study was to evaluate the description of them in that document. With each method, ten establishments were performed and after each of them a detail point was surveyed to also analyze how accurate the different methods were in surveying. The methods were evaluated by comparing uncertainties, RMS and user-friendliness for establishments and detail points, between the respective methods. The uncertainties were on one hand based on the deviation of the ten establishments/detail points per method, each one made over the same point, and on the other hand based on the uncertainties presented by the instrument after each establishment. For calculation of RMS, reference points were used, which were measured by static GNSS, and then postprocessed in SWEPOS Beräkningstjänst. In addition to comparisons between the methods, they were also tested to see if they reached sufficiently low uncertainties to meet the recommended tolerances for free stationing, stated in HMK – Terrester detaljmätning 2017. Calculated planar uncertainties, all methods included, ranged from 3 to 6 mm for both the total station and the detail point, which means that all methods can handle the higher tolerances in HMK. The method with the lowest uncertainty and RMS was RUFRIS with 15 target points, which was also low enough to be able to cope with the lower tolerances. The uncertainties of the heights varied from 3 to 8 mm, in which RUFRIS with 15 target points was the only method precise enough to pass the higher tolerances. Another method with lower uncertainty is required when the higher tolerances for heights is specified. The chosen method for determining the reference points turned out to be too uncertain relative to the evaluated methods. Therefore RMS were not as appropriate for comparisons as planned.