Hur Arboreal Skog samlar in positionsdata — från mobilens GPS och AR-koordinater

1. Utgångspunkten: mobilens inbyggda GNSS

Varje modern smartphone har ett GNSS-chip (de flesta kallar det GPS, men det lyssnar faktiskt på flera satellitsystem samtidigt). När du mäter ett träd i Arboreal registrerar appen fyra värden:

• Din position — mobilens GPS-koordinat.
• Bäringen — kompassriktningen från mobilen till trädet.
• Avståndet — uppmätt till stammens kant.
• Diametern — uppmätt med Arboreals AR-baserade klave.

Utifrån dessa fyra värden beräknar vi positionen för stammens centrum. Det är den koordinat vi lagrar för trädet.

Vilken noggrannhet kan du förvänta dig?

Mobilens GNSS är vanligtvis noggrann ned till några meter i öppen terräng, och märkbart sämre under tät krontäckning där signalerna blockeras eller studsar. Det är tillräckligt för det mesta inom operativt skogsbruk — men om du vill återbesöka enskilda träd, eller kombinera Arboreal-data med högupplöst fjärranalys, vill du ha bättre.

2. Centimeternoggrannhet med Emlid Reach RX

Arboreal stödjer Emlid Reach RX och Reach RX2 — små RTK-GNSS-mottagare som ansluts till mobilen via Bluetooth. Med en RTK-korrektionsström (NTRIP eller en lokal basstation) levererar Reach RX fixade positioner med 1–2 cm noggrannhet.

När en Reach RX är ansluten använder Arboreal dess koordinat som referensposition i stället för mobilens inbyggda GPS. Geometrin är exakt densamma som i avsnitt 1 — bäring, avstånd, diameter — men utgångspunkten är nu centimeter-exakt, så även trädens centrumpunkter blir centimeter-exakta.

Om du vill se de faktiska siffrorna från ett fälttest har vi sammanställt en fullständig utvärdering här: Utvärdering av GNSS-noggrannhet — Emlid Reach RX / RX2.

3. Lokala koordinater från AR — god relativ noggrannhet

Här blir det intressant. Utöver GPS-positionen fångar Arboreal varje träd i ett lokalt AR-koordinatsystem.

Apples ARKit använder kameran tillsammans med mobilens rörelsesensorer för att spåra mobilens position och riktning i 3D-rymden. Origo placeras där du startade sessionen — vanligtvis vid din centrumkäpp. Dessa lokala koordinater är i meter, och trädens positioner i förhållande till varandra är extremt noggranna — vanligtvis bara några centimeter fel, även där GPS:en är brusig under krontäckning.

Som standard använder ARKit en gravitations- och kompassriktad värld:

• X pekar österut
• Y är höjd (uppåt)
• –Z pekar norrut (dvs. Z pekar söderut)

Tanken är alltså att det lokala systemets orientering ska sammanfalla med verklig norr, med hjälp av mobilens kompass.

4. När kompassen är fel — att rotera det lokala koordinatsystemet

Mobilens kompass är inte alltid att lita på. Magnetiska störningar, en mobil som nyss flyttats eller skakats, eller helt enkelt arbete nära metall kan rotera AR-världen med några — ibland många — grader. När det händer ser hela ytan något vriden ut på kartan.

Det finns två sätt att hantera detta i Arboreal:

1. Kontrollera innan du börjar. Innan du placerar centrumkäppen, titta på den blåa nordpilen på skärmen. Om den inte pekar dit du vet att norr är, tryck på den och rotera den tills den gör det. Då startar AR-sessionen korrekt orienterad.
2. Korrigera i efterhand. Om du först märker felorienteringen efter mätningen kan rotationen korrigeras i efterbearbetningen — hela det lokala koordinatsystemet (och alla trädpositioner med det) roteras helt enkelt runt centrumkäppen med vinkelfelet. Det är inte en inbyggd funktion i Arboreal idag, men eftersom de råa lokala koordinaterna exporteras tillsammans med ytan kan korrigeringen göras i valfritt GIS- eller analysverktyg.

5. Från lokalt till globalt — att förankra med centrumkäppen

Det här steget är främst relevant när du arbetar med mobilens inbyggda GNSS. Med en Reach RX hamnar varje träd redan på en centimeter-exakt global koordinat, så då finns inget mer att göra. Med mobilens GNSS bär dock varje GPS-avläsning per träd med sig mobilens brus — några meter i det öppna, mer under krontäckning — och träden kan hamna utspridda i förhållande till varandra, även när AR känner deras positioner till några centimeter.

Lösningen är att helt strunta i de individuella GPS-avläsningarna per träd och i stället bygga om varje träds globala position utifrån centrumkäppen. Centrumkäppen är AR-världens origo, så dess lokala koordinat är (0, y, 0). Varje annat träds lokala (X, Z) är bara en öst/nord-förskjutning i meter från den punkten. Att omvandla dessa förskjutningar till en global koordinat är något Arboreal överlåter till dig — olika användare vill ha olika koordinatsystem (WGS84, SWEREF 99 TM, UTM, ett nationellt rutnät…), och rätt val beror på hur du tänker använda datat.

Ett räkneexempel — omvandling till WGS84 (latitud / longitud)

WGS84 är det koordinatsystem de flesta GPS-enheter och webbkartor använder. Det uttrycker position som latitud och longitud i grader. För att gå från lokala meter till grader behöver du veta hur många meter en grad spänner över på din plats:

Där lat₀ är latituden för centrumkäppen (i radianer inuti cos), Δnord är den lokala –Z-förskjutningen i meter och Δöst är den lokala X-förskjutningen i meter. 111 320 m är en användbar approximation för en grad latitud på WGS84-ellipsoiden — det verkliga värdet varierar med mindre än 1 % från ekvatorn till polen, vilket är fullt tillräckligt för ytstora avstånd.

När din yta är korrekt orienterad (se avsnitt 4 — så att lokal +X verkligen pekar österut och lokal –Z verkligen pekar norrut) blir den globala koordinaten för varje träd:

Steg för steg

1. Läs av centrumkäppens GPS-koordinat (lat₀, lon₀) från Arboreal-exporten.
2. För varje träd, ta dess lokala (X, Z) från exporten.
3. Omvandla förskjutningarna till grader med formlerna ovan (kom ihåg att omvandla lat₀ till radianer inuti cos).
4. Lägg till (lat₀, lon₀) för att få trädets globala WGS84-koordinat.

Om du hellre arbetar i ett projicerat system som SWEREF 99 TM eller UTM blir arbetsflödet ännu enklare — du kan behålla förskjutningarna i meter och bara lägga till dem till den projicerade koordinaten för centrumkäppen (ingen cos-korrigering behövs), och sedan omprojicera till WGS84 först när du behöver visa på en webbkarta.

Resultatet är att varje träd hamnar på AR:s relativa noggrannhet — vanligtvis centimeter mellan träden — förankrat av en enda GPS-avläsning vid centrumkäppen. Ytan behåller sin verkliga form, och hela paketet förskjuts bara av bruset i den enda käppavläsningen i stället för av oberoende brus på varje enskilt träd.

Varför det här spelar roll — två användningsfall

1. Att matcha Arboreal-data med andra källor. När dina träd har noggranna globala koordinater kan du lägga dem ovanpå UAV-bilder, flygfoton eller mobila LiDAR-skanningar och matcha dem träd för träd. Det gör det möjligt att kombinera Arboreals uppmätta diametrar med höjder från fjärranalys — och få ett komplett par av brösthöjdsdiameter och höjd för varje enskilt träd, i stället för medelvärden på provytenivå.

2. Att återbesöka samma yta. Om du kommer tillbaka nästa säsong gör noggranna positioner per träd att du kan återidentifiera samma individuella träd. Tillväxt, mortalitet och skötseleffekter kan då följas på trädnivå — inte bara på beståndsnivå.

Sammanfattning

Tre lager av positionsdata, som arbetar tillsammans:

• Mobilens GNSS — alltid på, meter i noggrannhet, tillräckligt för det mesta i drift.
• Emlid Reach RX — centimeternoggrannhet när du behöver det.
• Lokala AR-koordinater — några centimeters relativ noggrannhet som du kan förankra till en enda GPS-avläsning.

Kombinationen är vad som gör Arboreal-data lätt att jämföra, lätt att återbesöka och lätt att kombinera med resten av den digitala skogen.