Kerktoren verliest
oriëntatiefunctie

Halverwege 1970 begonnen de Amerikanen in opdracht van de overheid met de ontwikkeling van het Global Positioning System (GPS). Het GPS is een plaatsbepalingssysteem dat gebruikmaakt van door satellieten uitgezonden radarsignalen. Rondom de hele wereldbol is een netwerk van 24 satellieten geïnstalleerd. De kunstmanen bewegen zich in banen op een hoogte van 20.000 kilometer en hebben een omlooptijd van twaalf uur. Ze zijn gelijkmatig verdeeld over zes baanvlakken. Afhankelijk van de plaats op aarde zijn minimaal vier en maximaal twaalf satellieten waar te nemen. Met behulp van uitgezonden radarsignalen kan een ontvanger zijn plaats op aarde bepalen.

In de lucht- en scheepvaart is het GPS niet meer weg te denken als navigatie-instrument. Het heeft bijvoorbeeld de rol van de sextant, waarmee de locatie bepaald wordt aan de hand van de stand van zon, maan en sterren, geheel overgenomen. In de landmeetkunde of geodesie werd voor plaatsbepaling lange tijd gebruikgemaakt van kerktorens of andere karakteristieke landschapskenmerken. Met behulp van deze referentiepunten waren landmeters in staat zich te oriënteren en hun metingen te verrichten. Bij het in bedrijf nemen van het GPS hebben de kerktorens hun functie als oriëntatiepunt in principe verloren. In eerste instantie lijkt het dat met de introductie van het GPS alle lokalisatieproblemen wereldwijd opeens waren opgelost. Toch is dat niet het geval geweest.

Beperkt
Een van de beperkingen van het GPS is namelijk de nauwkeurigheid. Het is in principe een militair systeem. De nauwkeurigheid wordt om redenen van de nationale veiligheid van de Verenigde Staten en hun bondgenoten doelbewust verslechterd voor niet-militaire toepassingen. Aan de uitgezonden radarsignalen wordt opzettelijk een fout toegevoegd. Een nauwkeurige plaatsbepaling met behulp van de uitgezonden signalen is dan voor derden niet langer mogelijk. Militairen die de beschikking hebben over 'sleutels' om het foutsignaal te onderdrukken, kunnen wel de hogere nauwkeurigheid gebruiken.

Er zijn dus twee manieren van gebruik van het GPS te onderscheiden. Bij standaardgebruik bedraagt de maximale afwijking ongeveer 100 meter. Bij precisiegebruik, dat voorbehouden is aan het Amerikaanse leger en zijn medestanders, is de maximale afwijking ongeveer 13 meter. Landmeters of geodeten meten echter graag tot op centimeters of zelfs enkele millimeters nauwkeurig.

Exact bekend
Voor veel doeleinden is de vervorming van de GPS-signalen op zich nog niet zo erg. Op een locatie waarvan de plaats exact bekend is, kan bepaald worden welke afwijking er optreedt. Uit deze afwijking is af te leiden welke fout op een bepaald moment aan de radarsignalen wordt toegevoegd. Het systeem is zodanig ontworpen dat doelbewust gemaakte afwijkingen op een bepaald moment overal hetzelfde zijn. In Amsterdam treedt dus op een gegeven ogenblik dezelfde signaalvervorming op als in Rotterdam. De toegevoegde fout kan men vervolgens aan andere, naburige GPS-ontvangers meedelen. De meegezonden fout fungeert op die manier als een correctie in de desbetreffende ontvangers.

De signalen van de kunstmanen zijn dus te corrigeren door middel van een extra berekening. Deze vorm van lokalisatie staat bekend onder de naam differentiële plaatsbepaling. Het resultaat van een differentiële lokalisatie is zelfs beter dan dat van het GPS bij precisiegebruik. Een nadeel is wel dat er ten minste twee ontvangers nodig zijn en dat voor een van de ontvangers de positie precies bekend dient te zijn. De correcties worden momenteel uitgezonden door speciale zenders en via de FM-programma's van Radio 2. Zo'n systeem bereikt nauwkeurigheden in de orde van enkele meters en wordt voornamelijk toegepast in de luchtvaart (verkeersbegeleidingssystemen), de scheepvaart en de offshore-industrie. Het centimeterprobleem van geodeten of landmeetkundigen is hiermee echter nog niet opgelost.

Internet
Om toch in staat te zijn om precisiemetingen uit te voeren, hebben onderzoekers van de Delftse universiteit extra rekentechnieken ontwikkeld en toegepast. Een GPS-signaal bestaat namelijk uit een draaggolf, waarop een aantal specifieke codes worden meegezonden. Deze codes worden weggefilterd, zodat alleen de oorspronkelijke draaggolven van de satellieten overblijven. Met behulp van fasemetingen aan deze draaggolven is men ten slotte in staat om uiterst precieze correctieberekeningen uit te voeren. Hiermee zijn nauwkeurigheden haalbaar in de orde van millimeters.

Dit uiterst nauwkeurige systeem staat bekend onder de naam AGRS.NL, een afkorting voor Actief GPS-Referentie Systeem Nederland. Het AGRS.NL bestaat uit vijf referentiestations en een rekencentrum in Apeldoorn. De vijf meetpunten zijn opgesteld in Terschelling, Westerbork, Delft, Kootwijk en het Limburgse Eijsden. Het Apeldoornse rekencentrum van het Kadaster verwerkt de signalen van de afzonderlijke meetpunten en stuurt de resultaten naar de gebruikers door.

In de berekeningen wordt bovendien nog een aantal correcties aangebracht. Een van deze verbeteringen betreft de atmosferische vertraging van de GPS-signalen in de ionosfeer, die circa 250 kilometer boven het aardoppervlak begint. Op deze manier hoeven gebruikers niet zelf met een extra ontvangststation te werken. Ze kunnen de voor hen benodigde gegevens ophalen, bijvoorbeeld via Internet. In Japan en in de Amerikaanse staat Californië bestaan overigens al soortgelijke systemen.

(Zeespiegelô (De belangrijkste gebruikers van het AGRS.NL zijn het Kadaster en de Meetkundige Dienst van Rijkswaterstaat. Grondverzakkingen als gevolg van de winning van aardgas in de provincie Groningen meet het systeem haarfijn. Een andere mogelijkheid is de periodieke nauwkeurigheidswaterpassing van Rijkswaterstaat. De eerste passing begon in 1926. De vijfde zal dit jaar worden afgerond. Uit deze metingen blijkt dat heel Nederland in de loop van de tijd zakt. Tevens is ons land aan het kantelen. Het westen daalt sneller dan het oosten. Een andere, toekomstige, toepassing is de meting van de stijging van de zeespiegel als gevolg van het versterkte broeikaseffect.

Ten slotte blijkt het systeem ook mogelijkheden in zich te hebben om de gesteldheid van de troposfeer, de onderste 10 kilometer van de dampkring, te meten. De door satellieten uitgezonden signalen worden in deze laag namelijk sterk beïnvloed door de aanwezigheid van waterdamp. Het blijkt mogelijk te zijn om uit de waarnemingen de plaatselijke hoeveelheid waterdamp te berekenen. Dergelijke gegevens zijn interessant voor het KNMI. Deze instelling vergeleek eerdere verwachtingen met metingen die gedaan waren met behulp van een weerballon. De waterdampmetingen van de ballon en de voorspellingen met behulp van het GPS bleken goed overeen te komen.