Меню

В настоящее время кинематическая спутниковая навигация RTK — это современная технология повышения точности д

Кинематическое позиционирование в реальном времени — Real-time kinematic positioning

Кинематическое позиционирование в реальном времени ( RTK ) — это приложение геодезии для исправления распространенных ошибок в современных системах спутниковой навигации (GNSS) . Он использует измерения фазы сигнала в несущей волны в дополнение к информационному содержанию сигнала и опирается на одной базовой станции или интерполированное виртуальную станцию , чтобы обеспечить корректировки в режиме реального времени, обеспечивая до сантиметра -уровне точности (см DGPS ). В частности, применительно к GPS система обычно называется улучшением фазы несущей или CPGPS . Он имеет приложения вземлеустройство , гидрографическая съемка и навигация беспилотных летательных аппаратов .

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Справочная информация
  • 2 Отслеживание фазы несущей
  • 3 Практические соображения
  • 4 См. Также
  • 5 ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Задний план

Расстояние между приемником спутниковой навигации и спутником можно рассчитать, исходя из времени, которое требуется для прохождения сигнала от спутника до приемника. Чтобы вычислить задержку, приемник должен согласовать псевдослучайную двоичную последовательность, содержащуюся в сигнале, с внутренне сгенерированной псевдослучайной двоичной последовательностью. Поскольку спутниковому сигналу требуется время, чтобы достичь приемника, последовательность спутника задерживается по сравнению с последовательностью приемника. За счет увеличения задержки последовательности получателя две последовательности в конечном итоге выравниваются.

Точность результирующего измерения дальности, по существу, зависит от способности электроники приемника точно обрабатывать сигналы со спутника и дополнительных источников ошибок, таких как неснижаемые ионосферные и тропосферные задержки , многолучевость, ошибки спутниковых часов и эфемерид и т. Д.

Отслеживание фазы несущей

RTK следует той же общей концепции, но использует несущую волну спутникового сигнала в качестве сигнала, игнорируя содержащуюся внутри информацию. RTK использует фиксированную базовую станцию ​​и ровер, чтобы уменьшить ошибку позиционирования ровера. Базовая станция передает данные коррекции на ровер.

Как описано в предыдущем разделе, расстояние до спутника по существу вычисляется путем умножения длины волны несущей на количество полных циклов между спутником и ровером и добавления разности фаз. Определение количества циклов нетривиально, поскольку сигналы могут быть сдвинуты по фазе на один или несколько циклов. Это приводит к ошибке, равной ошибке в расчетном количестве циклов, умноженном на длину волны, которая составляет 19 см для сигнала L1. Решение этой так называемой проблемы поиска целочисленной неоднозначности приводит к сантиметровой точности. Ошибка может быть уменьшена с помощью сложных статистических методов, которые сравнивают измерения по сигналам C / A и путем сравнения результирующих диапазонов между несколькими спутниками.

Возможное улучшение при использовании этого метода потенциально очень велико, если продолжать предполагать точность блокировки 1%. Например, в случае GPS код грубого обнаружения (C / A), который транслируется в сигнале L1, изменяет фазу на 1,023 МГц, но сама несущая L1 составляет 1575,42 МГц, которая изменяет фазу более тысячи раз. чаще. Таким образом, ошибка ± 1% при измерении фазы несущей L1 соответствует ошибке ± 1,9 мм в оценке базовой линии.

Практические соображения

На практике системы RTK используют один приемник базовой станции и несколько мобильных устройств. Базовая станция повторно транслирует фазу несущей, которую она наблюдает, и мобильные устройства сравнивают свои собственные измерения фазы с данными, полученными от базовой станции. Есть несколько способов передать сигнал коррекции от базовой станции к мобильной станции. Самый популярный способ добиться недорогой передачи сигнала в реальном времени — использовать радиомодем , обычно в диапазоне УВЧ . В большинстве стран определенные частоты выделяются специально для целей RTK. Большинство оборудования для топографической съемки имеет встроенный радиомодем UHF-диапазона в качестве стандартной опции. RTK обеспечивает повышение точности примерно до 20 км от базовой станции.

Это позволяет устройствам вычислять свое относительное положение с точностью до миллиметра, хотя их абсолютное положение имеет точность только с той же точностью, что и вычисленное положение базовой станции. Типичная номинальная точность для этих систем составляет 1 сантиметр ± 2 части на миллион (ppm) по горизонтали и 2 сантиметра ± 2 ppm по вертикали.

Хотя эти параметры ограничивают полезность метода RTK для общей навигации, этот метод идеально подходит для таких ролей, как съемка. В этом случае базовая станция находится в известном месте съемки , часто в качестве эталона , и мобильные устройства могут затем составить высокоточную карту, сделав поправки относительно этой точки. RTK также нашел применение в системах автопривода / автопилота, точном земледелии , системах управления машинами и аналогичных ролях.

В сети RTK расширить использование РОК на большую площадь , содержащой сеть опорных станций. Эксплуатационная надежность и точность зависят от плотности и возможностей сети опорных станций.

Непрерывно Reference Station Операционная сеть (CORS) представляет собой сеть базовых станций RTK , что поправки вещания, как правило , через подключение к Интернету. В сети CORS повышается точность, поскольку более одной станции помогает обеспечить правильное позиционирование и защищает от ложной инициализации отдельной базовой станции.

Источник

Что такое RTK? Навигация по RTK (Real Time Kinematic). Самая точная навигация до миллиметров.

В настоящее время кинематическая спутниковая навигация (RTK) — это современная технология повышения точности данных, полученных в Глобальной навигационной спутниковой системе (GNSS) – GPS, ГЛОНАСС, GALILEO и COMPASS.

В настоящее время кинематическая спутниковая навигация (RTK) — это современная технология повышения точности данных, полученных в Глобальной навигационной спутниковой системе (GNSS) – GPS, ГЛОНАСС, GALILEO и COMPASS. Он обеспечивает более точное позиционирование и навигацию мобильного приемника, получающего скорректированные координаты в реальном времени от базовой станции.

Этот метод был обнаружен в середине 1990-х годов и постоянно разрабатывается для геодезии, мониторинга строительства, добычи полезных ископаемых и точного земледелия. Для сельского хозяйства крайне важно повысить точность в системах автоматического управления. RTK предоставляет эту возможность, поэтому RTK-инфраструктура, оборудование, аппаратные и программные решения работают во многих местах по всему миру, в том числе и в Украине.

Что такое RTK (Real Time Kinematic)

RTK — это набор способов и методов для значительного повышения точности географических координат до сантиметров, а иногда и до миллиметровой точности, полученных с использованием спутниковой навигационной системы GNSS. В последние годы эта технология становится все более распространенной в области точного земледелия. Это метод кинематического измерения, в котором два приемника GPS и / или ГЛОНАСС имеют радио- или сотовую линию связи через радиомодем или GSM-модем для передачи и приема данных между ними. Один приемник неподвижен с заданными координатами и называется опорным или базовым, а другой – подвижным.

В RTK используется двухчастотное оборудование. Передаваемые данные являются измерениями фазовой коррекции в реальном времени для мобильного приемника GNSS. Когда пара приемников находится примерно на одной высоте, предполагается, что атмосферные помехи одинаковы для обоих. На основе известных и измеренных координат опорный приемник вычисляет поправки к координатам и передает их на мобильное устройство. В последнее время в ряде стран, включая Украину, строятся постоянные станции и сети для RTK. Через них любой оператор, поддерживающий приемник GNSS, может воспользоваться услугами RTK в диапазоне базовых станций.

Зачем использовать RTK?

Радиосигналы, передаваемые спутниками, подвергаются различным нарушениям.

Существуют три основные причины изменения сигналов:

  • Атмосферная неоднородность
  • Шум от стационарных и движущихся объектов
  • Прерывание сигналов

Спутники ГЛОНАСС, GPS, и в ближайшем будущем ГАЛИЛЕО и КОМПАС (БэйДоу) могут определять любое местоположение на поверхности Земли до миллиметра. Однако, когда сигнал достигает поверхности из-за искажения, он не указывает ни одной точки в несколько миллиметров, а пятна от 5 до 100 метров (в зависимости от широты, количества активных спутников и других условий). Деформации могут быть уменьшены за счет использования наземной инфраструктуры RTK с выделенными аппаратными и программными системами.

Инфраструктура представлена одной или сетью из нескольких базовых станций, обменивающихся потоками данных с использованием специализированного программного обеспечения. Спутниковый сигнал, принятый на станции, обрабатывается программным обеспечением, а затем базовая станция передает ремонт, очищая спутниковые сигналы. Исправленный сигнал, в свою очередь, переходит на технику на которой стоит приемник, от этого координаты становятся точны до сантиметров. Таким образом, RTK улучшает сигналы GPS и ГЛОНАСС для более высокой дифференцированной спутниковой навигации, что позволяет более эффективно управлять сельскохозяйственной техникой в точном сельском хозяйстве.

В последние годы RTK стал стандартом для точного земледелия, поскольку он позволяет осуществлять навигацию сельскохозяйственной техники с точностью до сантиметра. Таким образом, посадка, внесение удобрений, защита растений, сбор и другие операции осуществляются с автоматическим контролем с высокой точностью без упущения и перекрытия участков, с меньшей нагрузкой на оператора и более эффективным использованием ресурсов.

Преимущества и ограничения RTK

Основным преимуществом RTK-режима является способность точно обрабатывать сигналы в реальном времени. Существует несколько типов методов для получения навигационных исправлений, которые отличаются точностью и синхронизацией сигналов – кинематической, пост-обработка и дифференциальный метод в реальном времени (DGNSS). Метод пост-обработки позволяет осуществлять наиболее точную корректировку в миллиметрах, но для сбора и обработки данных требуется много времени. Дифференциальные методы могут работать в режиме реального времени, но точность поправок находится в пределах метра. При работе в режиме RTK вы можете получать настройки в реальном времени с точностью 1 см в горизонтальном и 2 см в вертикальном направлении. Это самый высокий уровень точности в реальном времени.

С появлением спутниковых приемников, которые работают не только с GPS, но и с ГЛОНАСС, а затем с GALILEO и COMPASS, ожидается значительное повышение точности, эффективности и надежности измерения пространственных координат. Последние модели приемников компактны, легки и интегрированы во все системы, в которых они нуждаются: высокоскоростной процессорный контроллер, компас, считыватель штрих-кодов, камеру, слот для карт памяти и модем WiFi с подключением WiFi и Bluetooth.

Недостатки метода RTK

Диапазон относительно эталонной станции является ограниченным (обычно 10-20 км), потребность в канале связи в реальном времени и невозможность работать в условиях неблагоприятной спутниковой навигации. Большие инвестиции в покупку оборудования и программного обеспечения. Для решения кинематических задач в реальном времени были разработаны различные новые решения, такие как сеть RTK и более широкие технологии WARTK (Wide Area Real Time Kinematic). Первый предоставляет собой настройки из сети базовых станций, так что мобильный приемник в сельскохозяйственной машине принимает сигналы от нескольких опорных станций в зависимости от местоположения станции. Второй располагается с дециметровой точностью в реальном времени, причем возможное действие составляет более 400 км от базовой станции.

Сетевые методы

RTK создают сетевую инфраструктуру с опорных станций, которые непрерывно получают данные со спутников, а через каналы связи направляют их на центральный сервер с помощью специального программного обеспечения для мониторинга данных. Данные собираются там, устраняются неоднозначности, а отредактированный сигнал отправляется на мобильные приемники, используемые, например, на ферме. Мобильный приемник получает информацию с сервера через GSM, Интернет или радиосвязь в реальном времени и вычисляет свои координаты с сантиметровой точностью с использованием программного алгоритма RTK. В отличие от систем с одной станцией, сетевое взаимодействие обеспечивает высокую точность работы на больших расстояниях, чем опорные станции, а также более точное определение ошибок.

Сетевые методы бывают разных типов. Они реализованы в двух режимах – RTK и режиме пост-обработки. Постобработочные измерения доставляются после запроса и загрузки из Интернета. Сетевые методы относятся к виртуальным опорным станциям (VRS), FKP и дополнительным вспомогательным исправлениям. В АРС режиме, реальные спутниковые измерения от опорной станции преобразуются в искусственные по отношению к виртуальной опорной станции в непосредственной близости от техники на которой установлен gps приемник. Данные виртуальных станций используются мобильными приемниками, как и у реальных станций.

Читайте также:  AEDC875AА2 измерительные преобразователи постоянного тока

Сетевые дифференциальные методы генерируют дифференциальные поправки, которые передаются пользователям через геостационарные спутники. OmniSTAR – это основная и наиболее широко используемая глобальная сетевая дифференциальная спутниковая навигационная система с широким диапазоном. Обеспечивает корректировку работы в режиме реального времени с тремя уровнями точности: виртуальная опорная станция (VBS) – точность измерения; Расширенное обслуживание (XP) – Точность ниже 20 см и высокая точность обслуживания (HP) – Точность ниже 10 см.

Широкополосный RTK

Метод WARTK (Wide Area Real Time Kinematic) — это инновационный метод дифференциальной регулировки спутниковой навигации расширенного диапазона. Он был разработан в конце 1990-х годов группой исследований в Каталонском политехническом университете (СКП) в Барселоне. Он обеспечивает корректировку ионосферного воздействия через сеть опорных станций, расположенных на расстоянии до 1000 км друг от друга. Расхождения фиксируются в реальном времени мобильными приемниками на расстроянии более 400 км от базовых станций. Таким образом, WARTK преодолевает ограниченный диапазон классических методов RTK. По согласованию с Европейским космическим агентством WARTK использует наземную и спутниковую инфраструктуру Европейской геостационарной навигационной оверлейной службы, включая приемники GNSS. Этот метод чрезвычайно подходит для применения в изолированных местах,

В Украине услуги RTK предлагаются с едиными базовыми станциями и сетевыми услугами, которые все больше предпочитают фермеры в области точного земледелия. Инфраструктурные решения, оборудование и программное обеспечение от разных производителей и поставщиков. Клиенты могут выбирать по точности, объему, надежности и стоимости услуг. По словам представителей промышленности, те, кто хоть раз попробовал метод коррекции спутниковой навигации через RTK, вряд ли откажется от него когда либо.

Ремонт гидравлики в сельском хозяйстве

Ремонт гидравлики в сельском хозяйстве, по всей Украине, лучшие цены!.
Звоните по телефону +38 (098) 566-43-77 или оставляйте заявку на сайте.

Источник

Работа со спутниковым оборудованием в режиме rtk

Эффективным средством топографо-геодезического производства зарекомендовала себя методология определения пространственных координат посредством спутниковых геодезических измерений, проводимых в режиме реального времени. Точность измерений определяется типом применяемого оборудования и методикой проведения, варьируясь в интервале от нескольких метров (получение данных для ГИС-проектов) до сантиметров (для разбивочных работ и исполнительных съемок высокой точности).

Передача корректирующих данных в режиме реального времени (технология RTK) от базового приемника подвижному осуществляется посредством технологии DGPS ретрансляторами со спутников уточняющих дифференциальных подсистем (EGNOS, WAAS, MSAS и др.) либо радиомодемами с УКВ-диапазоном.

Распространение в геодезии технологии RTK обуславливается, в первую очередь, развитием средств мобильной связи с постоянным расширением территории покрытия. Такие средства обладают небольшими габаритами и весом, гибкими тарифами связи, не требуют специального разрешения на использование радиочастот, поддерживаются производителями геодезического спутникового оборудования.

Выход спутниковых геодезических измерений в режиме реального времени на новый уровень осуществляется благодаря развитию сетей действующих базовых станций и применению ряда сетевых решений по предоставлению разнообразных дифференциальных сервисов (VRS-сети, децентрализованные NTRIP серверы).

Преимущества технологии RTK

Отсутствие сомнений в преимуществах технологии RTK обуславливается многолетним опытом подтверждения заявленных производителями качеств. Однако существуют вопросы относительно точности определения пространственных координат и ряда технологических моментов. Это вызывает многочисленные дискуссии и создает ложные предпосылки в выборе методики осуществления геодезических работ. Основными позициями касательно данного вопроса являются:
• влияние качества исходных координат пунктов государственных и ведомственных опорных геодезических сетей;
• существование многочисленных региональных (местных) плоских прямоугольных СК (систем координат) при том, что сведения о параметрах их задания отсутствуют;
• эффективность применения мультисистемных спутниковых приемников ГНСС (глобальных навигационных спутниковых систем) GPS и ГЛОНАСС;
• специфика работы в трудных условиях (покрытая густой растительностью или застроенная территория);
• строгое соблюдение при проведении измерений требований методических рекомендаций и нормативных документов.

Ограничение применения технологии RTK

Кроме преимуществ технологии RTK, использующие сотовые каналы связи обладают и специфическими недостатками и ограничениями, такими как:

1. Неравномерное покрытие или отсутствие сотовой связи на ряде обширных территорий.
2. Требование наличия специализированной услуги по пакетной передаче данных (при применении голосовых каналов связи) или доступа в Интернет (GPRS).

Эти причины обуславливают зависимое положение проводимых работ от стабильности и качества услуг сотовой связи, особенностей настроек у местных операторов.

Отдельным параметром, оказывающим кардинальное влияние на точность спутниковых геодезических измерений, проводимых в режимах «статика» или «кинематика», оказывается удаленность от базовой станции подвижного приемника. Практический опыт активных пользователей геодезического GPS оборудования и проведенные многочисленные исследования показали, что при осуществлении измерений в режиме «кинематика» длина базовых линий не должна быть больше 15-20 км. Увеличение дальности приводит к заметному снижению точности и увеличению времени инициализации. Причем такой эффект наблюдается при отличных прочих условиях наблюдений: отсутствии препятствий для прохождения сигнала, достаточном количестве и благоприятном расположении на небосводе (геометрический фактор) спутников системы.

Схема расположения контрольных станций

Значительное улучшение точности, надежности и оперативности измерений пространственных координат прогнозируется с появлением новых приемников ГНСС, которые смогут работать не только с GPS системой, но и с ГЛОНАСС, а в более отдаленной перспективе и с другими системами — COMPASS (Китай), Galileo (Евросоюз) и тому подобными. Ожидается, что при пополнении и финальном введении в строй системы ГЛОНАСС новые приемники ГНСС будут обладать возможностью одновременного отслеживания порядка 20 спутников различных систем, что обеспечит достаточную избыточность для проведения высокоточных оперативных наблюдений.

Проведение топографо-геодезических работ, как правило, предполагает развитие геодезических сетей проведением GPS (GPS/ГЛОНАСС) измерений в режиме «статика». При этом на объекте находятся пространственные координаты некоторых точек, а последующее сгущение съемочной планово-высотной сети проводится посредством использования электронного тахеометра. Такая технология предоставляет возможность проведения работ с высокой производительностью и точностью на расстоянии до 50-70 км для двухчастотного оборудования или 15-20 км для одночастотного. Наличие несложных условий наблюдения и управляющего устройства типа контроллера позволяет решить ряд задач в режиме «кинематика с постобработкой» (PPK).

Исследование возможностей применения технологии GSM RTK

Использование режима RTK предоставляет некоторые преимущества в сравнении со стандартной технологией, такие как высокая производительность и возможность непосредственного контроля получаемых данных в поле, что позволяет в ряде случаев избежать применения постобработки. Однако при использовании оборудования GPS в режиме RTK расстояние от базовой станции, как правило, имеет ограничение в 15-20 км.

Целью проведенного эксперимента, описываемого в статье, являлось изучение стабильности, точности, надежности и оперативности спутниковых измерений, проводимых с передачей корректирующих данных по технологии GSM RTK (с помощью GSM модемов) от базовой станции, а также оценка возможности проведения работ посредством оборудования ГНСС при значительных длинах базовых линий. В исследовании применялся GSM модем EFT от компании «Эффективные технологии» и спутниковые приемники Trimble. Стоит подчеркнуть, что мобильная связь предоставляет потенциальную возможность проведения работ на существенном расстоянии от действующей постоянно базовой станции, однако физические и геометрические условия спутниковых наблюдений не способствуют получению высокой точности и обеспечению оперативности измерений.

Оборудование и условия проведения

Исследования проводились на трех участках, на которых находились пять контрольных станций (КС) измерения, расположенных по отношению к базовому приемнику на расстояниях:
• 15 и 20 км (КС 2 и 3) — приемлемое удаление для проведения высокоточных измерений в режиме RTK;
• 50 и 60 км (КС 4 и 5) — «рискованная» дальность расположения от базовой станции подвижного приемника;
• порядка 100 км (КС 6) — заведомо неподходящее удаление от базовой станции для проведения измерений в режиме «кинематика», в целом, и конкретно для RTK.

тахеометр Nikonтзк332, установленный на базе

Базовая станция (А), размещенная в московском районе Останкино, осуществляла работу в режиме RTK, проводя запись «сырых» данных. В качестве мест для КС подбирались места, расположенные вдали от объектов, с возможным созданием помех и максимально открытым небосводом. Станции измерений находились в юго-восточном направлении: в районе Текстильщики-Выхино – первые две, остальные — вдоль Новорязанского шоссе. Кроме КС (данные внесены в сводную таблицу), использовались и вспомогательные станции, на которых проводилась оценка времени инициализации.

Результатом исследования явилось определение точности измерения пространственных координат стендовых контрольных точек. В качестве стенда использовался прямоугольный столик с одним отверстием в центре и четырьмя угловыми для обеспечения принудительного центрирования спутниковых антенн и отражателя. Контрольной точкой являлся геометрический центр каждого отверстия.

Координаты контрольных точек определялись в локальной СК, а затем при постобработке проводилась их редукция на поверхность относимости стенда (плоскость, совпадающую с плоскостью стенда). Минимизация ошибок, связанных с учетом высоты отражателя и антенны, осуществлялась благодаря установочным приспособлениям для принудительного центрирования, обеспечивающим постоянство элементов редукции на поверхность относимости.

В комплект оборудования для исследований входили:
• тахеометр Nikon NPR332 с отражателем (типа минипризма);
• приемник Trimble R7GNSS — подвижный комплект;
• приемник Trimble R8GNSS — подвижный комплект, оснащенный GSM модемом;
• приемник Trimble R7GNSS с GSM модемом EFT, устанавливаемый на базовой станции;
• контроллер Trimble TSC2, представляющий собой комплект установочных приспособлений, предназначенный для принудительного центрирования отражателя и антенны спутникового приемника;
• прямоугольный столик (стенд) с контрольными точками.

Организация работ на каждой станции при проведении исследования осуществлялась следующим образом:
• Проводилась разбивка базиса, длина которого составляла порядка 50 м. Базис располагался перпендикулярно направлению «базовый приемник — контрольная станция». В одной точке базиса размещались электронный тахеометр и приемник ГНСС, на противоположной (контрольной станции) — закрепленный на штативе прямоугольный столик.
• Измерения на точках базиса проводились в режиме «статика» посредством приемников ГНСС в течение одного часа. При этом антенна приемника Trimble R7GNSS устанавливалась на штативе, а приемника Trimble R8GNSS — также на штативе, но в центре столика.
• Измерение расстояний до контрольных точек стенда и длины базиса проводилось электронным тахеометром по отражателю.
• Осуществлялись последовательные измерения на контрольных точках стенда пространственных координат посредством приемника ГНСС (Trimble R8GNSS), проводимые в режиме GSM RTK. При этом время измерений на каждой из точек не превышало одной минуты. На каждой точке проводилось по одному измерению.

Результаты

В результате пространственные координаты контрольных точек, рассчитанные по данным спутниковых наблюдений в режиме «статика» и определенные электронным тахеометром, были приняты за «эталонные» и применялись для оценивания точности спутниковых измерений пространственных координатных точек, проводимых в режиме GSM RTK. Оценке подвергались как абсолютные значения координат точек, полученных разными способами, так и относительные значения по диагоналям точек стенда. Длины диагоналей контрольных точек определялись мерной рулеткой и принимались за «эталонные».

По результатам замеров координат точек в режиме GSM RTK и «эталонным» значениям вычислялись средние величины отклонения абсолютных значений координат по высоте и в плане на каждой станции.

Такие результаты демонстрируют, что отклонения абсолютных координат почти не зависят от удаленности базового приемника.

Сравнением длин диагоналей на разных станциях была получена оценка различными методами относительной точности измерения пространственных координат.

Проведенное одновременное наблюдение порядка 12-15 спутников ГЛОНАСС и GPS, наличие стабильности GSM-связи на протяжении всех этапов измерений и благоприятные условия дали возможность определить среднюю квадратическую погрешность нахождения абсолютных пространственных координат посредством приемников ГНСС в режиме GSM RTK на различном удалении от базового приемника (в пределах 1 — 3 см), при сохранении времени инициализации, не превышающего одной минуты. Аналогичный результат достигался и на других удалениях от базовой станции (в 20 км, в 50-60 км и даже на 100 км).

Выводы

Таким образом, при относительно несложных условиях наблюдений и хорошем покрытии района мобильной связью пользователи, используя технологию GSM RTK, имеют возможность многократного повышения производительности топографо-геодезических работ. При этом предприятиям, которые используют в работе оборудование Trimble, для перехода к измерениям в режиме реального времени (RTK) от технологий с постобработкой («статика» или «кинематика») достаточно дополнительно приобрести только комплект внешних GSM-модемов.

Читайте также:  Комплекты навесного оборудования на мотоблоки в Омске

Понятно, что рано делать окончательные выводы, исходя только из представленного объема исследований, но полученные результаты тестовых измерений определенно указывают на широчайшие перспективные возможности применения технологии GSM RTK при проведении измерений с помощью оборудования ГНСС в различных направлениях геодезического обеспечения. Также данные результаты могут внести значительные коррективы в разработку стратегии построения сетей действующих базовых станций.

Источник



РТК – режим для GNSS-оборудования. Всё, о чём вы не постеснялись спросить!

«ЭрТэКа»
— этот неологизм, обозначающий один из основных режимов работы спутникового геодезического оборудования, прочно прижился в среде геодезистов подобно многим
терминам, ставшими нарицательными. Словечко происходит от неправильного «перевода» англоязычной аббревиатуры RTK (Real Time Kinematic), которая «в лоб» по-русски так и
пишется — РТК («реал тайм кинематик»). На самом деле данный режим называется «кинематика в реальном времени» и русское сокращение должно
бы быть таким – КРВ («КаЭрВэ»), а английская аббревиатура правильно читается как «АрТиКей»! Ну да ладно… Русский язык сейчас вообще
стремительно «обогащается» новым сленгом…

Целью данной статьи является попытка разобраться в специфике данного режима работы GNSS-оборудования, геометрической сути такой методики, рассмотреть виды геодезических работ, где
возможен и эффективен режим реального времени и какое оборудование для этого может понадобиться. Множество вопросов в службу технической поддержки на
эти темы свидетельствует об актуальности такого «ликбеза», несмотря на весьма древнее происхождение методик реального времени в спутниковой геодезии. В связи
с активным развитием в последние годы средств коммуникации и спутниковых сетей базовых станций роль режима реального времени многократно возросла, а
в ряде работ стала полностью доминирующей.

Геометрическая и физическая сущность режима реального времени

Начнем, пардон, «от печки»… Как известно, одиночный спутниковый прибор любого класса в силу влияния большого количества негативных факторов высокую точность позиционирования
не обеспечивает. Во всяком случае точность геодезического уровня. Поэтому при использовании в геодезических работах спутниковых приборов реализован разностный метод определения
координат объектов, т.е. по взаимному положению двух точек. В каждой из них находятся приёмники, принимающие сигналы от спутников нескольких GNSS-систем.
Один из них расположен на точке с известными координатами – он считается опорным (базовым). Другой, подвижный (ровер) перемещается по точкам,
координаты которых требуется определить. В ходе обработки взаимное положение между такими точками может быть в значительной степени исправлено и, соответственно,
существенно повышена точность координирования.

Существует два фундаментальных способа работы:

  • с использованием постобработки и
  • в режиме реального времени.

В первом случае все приемники работают автономно и никакой связи между собой не имеют. Важно только, чтобы регистрация измерений производилась одновременно,
т.е. на определённом интервале времени выполнялся приём сигналов от одного и того же созвездия спутников. Записанные таким образом данные поступают
на совместную обработку в специальное офисное программное обеспечение, которое решает две основные задачи:

  • определение составляющих взаимного положения базовой и подвижной точки с максимально возможной точностью (компоненты вектора «база-ровер») и
  • выполнение, так называемой, дифференциальной коррекции, понятие которой нам очень пригодится при обсуждении режима РТК.

Суть её заключается в присвоении исходной базовой точке известных координат в соответствующей системе отсчета и определении, по компонентам пространственного вектора, координат точки подвижной (определяемой) относительно вновь введённых истинных координат опорной точки.

Поскольку обсуждение подробностей данного режима выходит за рамки данной статьи отметим только, что это наименее оперативный, но и наиболее точный режим
работы за счет возможности в течение долгого времени накапливать большие массивы измерений. Это позволяет в процессе обработки добиться максимальной компенсации
погрешностей и получить точность координат на уровне миллиметров.

Данный режим, известный под названием «Статика» («Быстрая статика») используется при сгущении геодезических опорных сетей, развитии съёмочного обоснования, опорных базисов и других
твердых пунктов. Этот же режим для съёмочных работ в более оперативном варианте называется «Стой-Иди» («Stop and Go») и тоже подразумевает
постобработку в офисном ПО.

Во втором случае хоть и выполняются все те же действия: решение вектора между двумя приемниками и дифференциальная коррекция, но реализованы они
совершенно иначе. Мало того, что вся обработка происходит в реальном времени, непосредственно в полевом компьютере (контроллере), между приемниками необходимо
наличие надежного канала связи для обмена данными. Все настройки, управление съёмкой, обмен данными и регистрацию результатов обеспечивает полевое программное
обеспечение, функционал и удобство которого во многом определяют успех оборудования у пользователей. Варианты способов коммуникации между приемниками и необходимое для
этого оборудование мы рассмотрим в следующих разделах.

Поскольку данный режим позволяет оперативно, непосредственно на объекте работ получать готовые координаты точек, то он преимущественно используется для съёмочных работ и для выноса в натуру (разбивки) точек и называется «Кинематикой в реальном времени» или RTK.

Как же это работает?

При запуске съёмки на опорном (базовом) приёмнике в полевом ПО необходимо указать точные известные координаты для данной точки в соответствии с
ранее назначенной проекту системой отсчета (системой координат). В последующем ПО имеет возможность сравнить текущее приближённое решение с известными значениями и
сформировать разности координат для базовой точки. Эти разности в народе именуют «поправками», которые базовый приёмник и отправляет на подвижный (ровер)
по тому или иному каналу связи. На самом деле в составе корректирующей информации кроме «поправок» передаётся гораздо больше данных, вплоть
до параметров системы координат, но сейчас на этом заострять внимание не будем.

Подвижный приёмник, работая недалеко от базовой станции (до нескольких десятков километров), находится приблизительно в равных с базой условиях приёма спутниковых сигналов
и имеет близкий к ней уровень погрешностей определения координат. Таким образом ПО контроллера, находящегося на подвижном приёмнике, приняв корректирующую информацию
от базы имеет возможность исправить результаты своей работы в реальном масштабе времени.

Если в проекте полевого контроллера верно произведена настройка системы координат и на объекте обеспечен надёжный канал доставки корректирующей информации, то можно сказать, что ровер выдает сразу готовые точные координаты. Это позволяет выполнять как оперативные съёмочные работы, так и вынос в натуру (разбивку) различных объектов.

Важно отметить, что наличие одного лишь сервиса предоставления корректирующей информации от базовой станции без привязки к местным исходным пунктам геодезической сети и правильной настройки рабочей системы координат не может обеспечить высокоточное абсолютное позиционирование.

Вопросы использования проекций, настройки в контроллере систем координат, в том числе условных локальных, а также применения процедуры калибровки (локализации) района работ заслуживают рассмотрения в отдельной статье.

Каналы связи для режима RTK

Теперь о связи. Сам по себе режим RTK никак не зависит именно от способа коммуникации. Важно, чтобы связь была стабильна на необходимом расстоянии от базового приёмника до ровера. На современном этапе можно выделить четыре категории средств доставки «поправок» к подвижному приёмнику:

  • радиоканалы в УКВ-диапазоне;
  • сети мобильной связи GSM/GPRS с голосовыми каналами или посредством выхода в Интернет;
  • новомодные WiFi, дальнобойный Bluetooth и т.п.;
  • глобальный сервис, использующий спутниковый L-диапазон или Интернет.

В зависимости от условий и специфики работ выбирается тот или иной вариант или их комбинация. Соответственно имеется широкий выбор оборудования в дополнение к основному комплекту приёмник-контроллер.

Кстати о комплектах. В зависимости от используемой технологии комплект может включать от двух и более спутниковых приёмников, включая базовый,
плюс оборудование для связи. И наоборот, в связи с бурным развитием сетей опорных базовых станций, комплект может состоять из компактного
ровера-моноблока с полевым ПО в смартфоне или даже одно комбинированное устройство в конструктиве наладонного накопителя…

Использование УКВ (UHF) диапазона

Исторически раньше всего на службе RTK использовались радиомодемы УКВ-диапазона. Корнями этот способ связи уходит в береговые сервисы для морской навигации
и до сих пор незаменим в регионах, не обеспеченных надежным покрытием сотовой связи. В настоящее время используются устройства, работающие в
основном в диапазоне частот 400-470 МГц с мощностью передачи от 0.5 до 30-40 Вт.

Приёмник может иметь встроенный в свой корпус маломощный радиомодуль и компактную УКВ-антенну. В зависимости от условий распространения радиосигнала на объекте дальность обслуживания может составлять от сотен метров до нескольких километров.

Мощные радиомодемы – это отдельные устройства с радиаторами охлаждения и самостоятельными аккумуляторными блоками питания. В комплект таких модемов входят антенны различных
габаритов и конструкций, устройства для их установки, кабели различной длины, сечения и назначения, а также вспомогательные аксессуары. На равнинной открытой
местности мощные радиомодемы обеспечивают дальность обслуживания до нескольких десятков километров.

Практически все радиомодемы умеют работать в режиме ретранслятора (репитера), что позволяет дополнительно расширить зону обслуживания RTK, а также обеспечить работу на территории со сложным рельефом или при наличии препятствий.

Использование голосовой связи GSM

Бурное развитие сетей сотовой связи позволило кардинально расширить возможности спутникового оборудования в режиме RTK. Дальность взаимодействия стала регламентироваться лишь охватом территории
сотовыми сетями и методическими ограничениями спутниковых технологий. Габариты оборудования связи ужались до размеров смартфонов и гнезд для SIM-карт. Поскольку для
взаимодействия спутниковых приборов используются голосовые каналы сотовой связи работа тарифицируется как обычный разговор двух абонентов, а на тарифе необходима соответствующая
услуга пакетной передачи данных. Для настройки связи достаточно роверу указать мобильный номер базы, что не в пример проще, чем согласовать
целый ряд настроек для УКВ-модемов.

Использование Интернет соединения (GPRS)

Следующим шагом стало развитие Интернет-технологий связи. У базовых приемников появилась возможность вещать корректирующую информацию в сеть Интернет. А для подвижных приёмников
стал доступен многопользовательский доступ к этим данным. В отличие от GSM-связи «точка-точка» протокол NTRIP предоставляет множеству пользователей индивидуальные идентификаторы и
пароли для безопасного RTK-подключения к источнику «поправок» в сети Интернет.

Выход в Сеть обеспечивается посредством всё тех же SIM-карт сотовых операторов, а малый трафик и доступные тарифы гарантируют меньшие затраты на связь в геодезическом производстве.

Возможность организации взаимодействия между базовыми приёмниками позволила развивать сетевые RTK-технологии, объединяя базовые станции в пределах целых регионов. Это позволило обеспечить высокоточными геодезическими измерениями большие территории с однородной системой отсчета.

Сети базовых станций. Технология VRS

О сетях постоянно действующих базовых станций (ПДБС) стоит поговорить отдельно. Если такая сеть присутствует в регионе предстоящих работ, то это мощный
инструмент для использования технологий RTK. Кроме этого базовые станции по умолчанию регистрируют «сырые» GNSS-данные и всегда могут быть использованы при
постобработке собственных статических измерений пользователей спутниковой геодезической аппаратуры. Базовые станции (БС) – это комплекты спутниковых приёмников модульной конструкции, стационарно
расположенные на охраняемых объектах, например, офисных зданиях, где им обеспечены хорошие условия обзора небосвода и стабильный выход в сеть Интернет.
Проект сети (места установки одиночных базовых станций) разрабатывается заранее с соблюдением геометрических требований к ее конфигурации. Кроме обеспечения коммуникационных возможностей
базовая станция должна быть оснащена специальным сетевым программным обеспечением.

Являясь одним из компонентов разностного спутникового решения стационарная базовая станция позволяет пользователю, имея лишь одиночный комплект GNSS-приёмника (сетевой ровер), успешно выполнять широкий спектр высокоточных геодезических работ на расстояниях в десятки километров от неё.

Однако, имеется важный нюанс. Сама по себе одиночная базовая станция, передавая корректирующую информацию, обеспечивает лишь одну составляющую RTK-технологии – точное позиционирование
ровера относительно точки установки антенны БС. Если эта точка изначально не привязана относительно местной опорной сети геодезических пунктов в соответствующей
системе координат, то и координаты ровера данной системе отсчета соответствовать не будут.

Читайте также:  СТРОИТЕЛЬСТВО АНГАРОВ ПОД КЛЮЧ ОТ 10000 РУБ М2

Базовые станции будучи объединены в сеть позволяют максимально гибко использовать возможности RTK, обслуживая роверы на минимальном их удалении от баз. Венцом
сетевых возможностей является технология VRS – виртуальных базовых станций. Станции сети объединены каналами связи и управляются из единого центра. Специальное
сетевое программное обеспечение на основе данных приёмников сети может смоделировать результаты измерений в любом месте территории, охваченной сетью, и сформировать
поток «поправок» от данной точки. Ровер, передав сведения о своём местоположении, получает решение от смоделированной рядом виртуальной БС. Это гарантирует
высокую точность работы в любом месте сети.

Глобальные и облачные сервисы

Ну и наконец несколько слов о глобальных сетевых решениях для обеспечения режима RTK.

Глобальный дифференциальный сервис известен давно и основан на расчетах не по фазе несущей спутникового сигнала, а по коду. Точность позиционирования не
высока – от полуметра до полутора метров. Называется такой режим – DGPS. Это уже не грубый навигатор, но и до
геодезического уровня еще далеко. Тем не менее такой точности достаточно не только для решения навигационных задач, но и, например, для
сбора данных об объектах местности для ГИС. Корректирующая информация передается по тому же спутниковому каналу в L-диапазоне, а формируется она
на основе данных глобальной (общемировой) сети базовых станций.

Современная реализация глобального дифференциального сервиса позволяет получить субдециметровую точность координат одиночным роверным приёмником если имеется подписка на данную услугу. Примером такой
службы является Trimble CenterPoint RTX. «Поправки» могут передаваться как по спутниковому каналу, так и через Интернет. В течении получаса инициализации
точность позиционирования сходится к 4 см и даже лучше в любом месте зоны покрытия данного сервиса.

«Вишенкой на торте» глобальной RTK-технологии стала система Trimble Catalyst. Это пример, так называемой, концепции «Позиционирование как услуга». Комплект включает компактную недорогую
спутниковую антенну и устройство на ОС Android с ПО. Несколько вариантов подписки на глобальный сервис обеспечивают различные уровни точности в
зависимости от задач – от метровой до сантиметровой.

Особняком стоит технология RTK-съёмки с использованием облачных сервисов, как глобальных, так и локальных. В любом случае «облака» реализуются на распределенных в
сети Интернет серверах. Такой функционал имеется и в современных моделях приёмников, рекомендуемых для базовых станций. Это некая программа диспетчер —
посредник, обеспечивающий каналы связи между базовыми и подвижными приёмниками, имеющими подключение к сети Интернет. Базовый приёмник, расположенный на опорной точке,
вещает поток «поправок» в облако, а подвижные приёмники их оттуда забирают.

Примером облачной глобальной службы является Spectra Precision Central. При наличии активной лицензионной поддержки ПО контроллера можно зарегистрироваться на сервере службы и получить доступ к облачному сервису для приёмников Spectra Geospatial.

В заключении

Итак, мы рассмотрели основные аспекты теоретических основ и аппаратной реализации такого современного и эффективного метода спутниковых геодезических измерений как Кинематика реального
времени (RTK). Развитие современных средств коммуникации позволило значительно расширить его возможности и обеспечить геодезические работы гибким и высокоточным инструментарием.

Для получения подробной информации по всему спектру геодезического оборудования обращайтесь к менеджерам и службе технической поддержки компании «Геодезия и Строительство».

Источник

Работа со спутниковым оборудованием в режиме rtk

Здесь мы делимся самой большой ценностью наших коллег и партнёров: опытом и знаниями.
Читай, изучай и развивай свои профессиональные навыки.
Давай расти вместе!

Знания для профи

Новости и обновления

Помощь в выборе

Техподдержка и сервис

Преимущества и недостатки работы в режиме реального времени без использования сетей базовых станций

  • # RTK
  • # Учебный центр

Знания для профи

Всё чаще рекламируется сервис, который позволяет работать в любом регионе РФ в режиме RTK без использования базовых станций.
Производитель обещает экономию на покупке комплекта базового RTK-приемника, внешнего радиомодема или подписки к сети базовых станций.
Разберемся, так ли все легко и просто на самом деле?

Одним из самых производительных и доступных способов производства большинства геодезических работ в современном мире является работа со спутниковым оборудованием в режиме реального времени (RTK), который был разработан в далёком 1993 году. Всем пользователям хорошо известны преимущества этого режима – вы можете в реальном времени в поле получать координаты измеряемых точек с точностью в несколько сантиметров за несколько секунд или моментально производить вынос точек с известными координатами.

У способа существуют и недостатки

Для его функционирования необходима дополнительная инфраструктура: базовая станция и канал передачи информации (УКВ-модем или мобильный интернет), при этом дальность работы обычно ограничена как зоной покрытия канала связи (для УКВ это обычно 10-20 км, для мобильного интернета – до 50-70 км), так и удалением от базовых станций.

С развитием сетей базовых станций отпала необходимость в установке собственной базовой станции. Теперь для работы в режиме RTK необходим только мобильный интернет и подписка на получение данных (поправок) от сети базовых станций. Вы можете работать как от конкретной базовой станции, от ближайшей базовой станции или использовать сетевое решение (подробнее о принципах работы сетей базовых станций вы можете узнать на нашем вебинаре, запись которого доступна на канале Youtube.

Сетевое решение (наиболее популярное – VRS – виртуальная базовая станция) разрабатывается с начала 2000-х для обеспечения возможности передачи обобщенного решения сразу от нескольких базовых станций сети. Имея все преимущества режима RTK, работа в сетевом решении позволяет уменьшить зависимость погрешности от расстояния до ближайшей базовой станции и получить решение там, где от одиночной базовой станции получить его было бы невозможно.

Развитие, исключение недостатков

с 2010-х годов начали развиваться новые сервисы, предлагающие способы работы в режиме реального времени, основанные на методе PPP — Precise Point Positioning. Данный метод предлагает передачу корректирующей информации в пространстве состояний — SSR (уточненные координаты спутников, поправки к ходу часов, модели ионосферы и тропосферы) через геостационарные спутники, в отличии от передачи информации в пространстве измерений – OSR при работе в режиме RTK (координаты базовой станции, измерения по коду и фазе несущей с базовой станции, эфемериды спутников). Такой подход позволяет увеличить расстояние между станциями в сети (более 120 км), возможность передавать информацию, от большого количества станций (более 100 станций) в сети, одновременно уменьшив объём передаваемой информации, влияние многолучевости на станциях, получив возможность достичь покрытия целого региона за счет небольшого количества станций.

Ограничивающим фактором применения метода PPP являлся длительный процесс инициализации (получение первичного решения), который мог достигать нескольких часов, недостаточная точность (более 10 см), необходимость длительных статических измерений на точке (не менее нескольких часов).

Тем не менее, в последние годы PPP получил дальнейший технологический толчок, который стал возможным с развитием методов обработки измерений в сетях базовых станций с большими базовыми линиями. Появилась возможность передавать корректирующую информацию в реальном времени, чаще всего для этих целей используется передача данных через геостационарные спутники, реже – через интернет. Такой метод стал именоваться PPP-RTK.

Один принцип — множество названий

PPP-RTK стал известен благодаря компании Trimble и её сервису RTX (Real Time eXtended), который сейчас уже стал именем нарицательным для похожих технологий. Существуют и аналогичные сервисы: например, Terrasat от компании WayPoint (входящей в группу компаний Hexagon), более известный как SmartLink, реализованный в продукции компании Leica. Менее известные на российском рынке компании также развивают данные технологии, например технология Atlas у компании Hemisphere, Starfix (Fugro), Starfire (John Deere), Magic (GMV) и другие.

Некоторые компании дают собственные имена данному сервису, однако внутри может скрываться всё тот же сервис RTX от компании Trimble.

Принцип работы PPP-RTK

Сервисы PPP-RTK основаны на создании и передаче уточнённой информации о состоянии спутников NAVSTAR GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo (уточненные координаты, уточненная информация о шкалах времени, иные погрешности, связанные со спутниками) на глобальном уровне, модели ионосферы и тропосферы на региональном уровне. Передача нового типа информации подразумевает предварительное решение сложных задач, которые влияют на конечный результат:

  • Разрешение фазовых неоднозначностей;
  • Вычисление высокоточной информации о состоянии спутников в реальном времени;
  • Создание моделей ионосферы и тропосферы в реальном времени;
  • Оптимизация канала передачи информации;
  • Определение координат в реальном времени с использованием нового типа получаемой корректирующей информации, в том числе исключение многолучевости.

Как и в случае с сетевым решением в основе PPP-RTK лежит сеть станций. Измерения с постоянно действующих станций передаются в реальном времени в Центр обработки (ЦО). ЦО обрабатывает информацию, вычисляет модели, передает информацию (уточненные координаты, уточненные поправки к шкале времени, модели ионосферы и тропосферы) на коммуникационный сервер, который соответственно транслирует информацию в виде поправок — через сеть Интернет, либо через геостационарный спутник.

Подвижный приёмник (ровер) получает данные либо с геостационарного спутника, либо через сеть интернет и, после окончания сходимости процесса вычислений (который, в зависимости от ситуации, может занимать до 40 минут) определяет свои координаты на субдециметровом уровне точности.

Преимущества PPP RTK

  • отказ от использования подключения к сетям базовых станций или отсутствие необходимости в установке своей полевой базовой станции.
    Важно помнить, что одной из составляющих процесса вычисления моделей является сеть постоянно действующих сетей базовых станций. И чем больше станций в регионе работ, тем быстрее будет сходиться решение и тем меньше будут погрешности.
  • возможность работы в любой точке земного шара в режиме реального времени от геостационарных спутников.
    В большинстве районов Российской Федерации, где отсутствует покрытие сетей базовых станций, геостационарные спутники, которые передают данныеPPP-RTK, находятся достаточно низко над горизонтом (возвышение 10-20 градусов) на южном направлении. Даже небольшая высотная преграда может прервать получение поправок и выполнение работ с требуемой точностью.
  • схожая с традиционным RTK точность получения решения. В среднем оно находится на уровне 5-10 см.
    Данная точность требует достаточного времени на сходимость, если в районе работ отсутствуют станции, которые передают данные в реальном времени в центр обработки.
    Также необходимо принимать во внимание, что координаты получаются на текущую эпоху системы координат
    ITRF. Для получения координат в местных системах все также необходимо производить определение параметров перехода от текущей эпохи к местной системе координат.
  • экономия на покупке базового приемника или подключении к сети станций.
    Подобные сервисы (PPP-RTK) являются платными, годовое подключение обычно дороже стоимости подключения к сети базовых станций. Если умножить стоимость подключения сервиса на средний нормативный срок службы приёмников, то получится, что за те же деньги можно приобрести базовую станцию и выполнять работы независимо в любом месте на территории Российской Федерации. При использовании УКВ необходимо руководствоваться действующими законами.

Заключение

Метод PPP-RTK несомненно является прорывным и, в некоторых случаях, единственно возможным способом работы в режиме реального времени. Для его развития на территории Российской Федерации необходимо развивать и использовать соответствующую инфраструктуру сетей базовых станций, а также иной способ передачи поправок, так как геостационарные спутники не лучшим образом подходят для этих целей.

Экономика метода и ценообразование также требует серьезного внимания/калькулирования перед его широким использованием.

Источник