Real Time Kinematic (RTK, översatt från engelska - "realtidskinematics" [1] ) - en uppsättning tekniker och metoder för att erhålla planerade koordinater och höjder av centimetriska noggrannhet terrängpunkter med hjälp av ett satellitnavigeringssystem genom att ta emot korrigeringar från basstationen som tas emot av användarens utrustning under filmning. Det är en av DGPS- metoderna .
Radiosignalen från satelliten under sändning utsätts för olika förvrängningar. Det finns tre huvudorsaker till signalförvrängning: atmosfäriska oregelbundenheter (de huvudsakliga är jonosfäriska och troposfäriska), interferens från stationära och rörliga föremål, såväl som signalreflexion eller flervägs. Med hjälp av GNSS-signaler kan du bestämma mottagarens position på jordens yta med decimeternoggrannhet . Men på grund av förvrängningar utan användning av specialutrustning mäts den faktiska positioneringsnoggrannheten vanligtvis i meter eller tiotals meter (beroende på latitud, antal synliga satelliter och andra förhållanden). Distorsion kan reduceras avsevärt med hjälp av ytterligare markbunden infrastruktur - differentiella korrigeringssystem .
För att erhålla korrigeringar används GNSS -bärvågsfasmätningar samtidigt på två GNSS-mottagare. Koordinaterna för en av mottagarna (bas, fast) måste bestämmas exakt (till exempel kan den installeras vid punkten för det statliga geodetiska nätverket ); den sänder över en kommunikationskanal (radiomodem, gsm-modem, internet, etc.) en uppsättning data som kallas korrigeringar. Korrigeringarna som tas emot av stationen och satellitsignalen bearbetas av mjukvaran i enlighet med mjukvarualgoritmer och den ackumulerade statistiken för satellitephemeris . Därefter sänds en differentialkorrigering från basstationen till den andra mottagaren (mobil, "rover"), som förfinar satellitsignalen.
Rovern kan använda dessa data för att ge exakt positionering (upp till 1 cm horisontell (1 cm + 1 ppm) och 2 cm vertikal) på avstånd upp till 30 km från basmottagaren. För att överföra korrigeringar används radiomodem, Internet och så vidare. För närvarande används RTK-metoden på frekvenserna L1, L2. [2]
Fältbasstationer sänder DGPS-signaler, vanligtvis via ett VHF -radiomodem eller via mobiltelefonoperatörer . Vid användning av VHF-radiosignaler påverkar kuperad och bergig terräng vanligtvis inte signalmottagningen. Signalerna når dock inte djupa kanjoner som ligger långt från basstationerna och i kraftigt skogsbevuxna områden. Och det är också begränsat av närvaron av mobiltorn, vid användning av ett GSM-modem.
Tillägg kan överföras i RTCM SC-104- format (meddelandekoder 3, 18-21, 32, 1003-1008 [3] ), CMR och CMR+, RTCA, ATOM. Den erforderliga överföringshastigheten är 2400 bps eller mer, överföringsfördröjningen är inte mer än 0,5−2 sekunder. För konventionell DGPS räckte hastigheter på 200 bps och fördröjningar på upp till 10 sekunder, mycket mer krävs för informationsströmmar i SSR-format.
Från och med version 3.0 inkluderar RTCM SC-104-standarden möjligheten att överföra RTK-korrigeringar för GLONASS-systemet . [3] . Versioner 2.3 och efterföljande 3.x är inte kompatibla, så de existerar parallellt.
Version 3.1 stöder olika RTK-nätverksbasstationsdataformat (VRS, FKP och MAC) samt SSR-meddelanden (exakta ephemeris och klockdriftparametrar).
Version 3.2 (februari 2013) lägger till flera signalmeddelanden (MSM). MSM-formatet gör att mottagaren kan använda alla satellitsystem. Meddelanden inkluderar kompakta och fullständiga meddelanden för pseudoavstånd, fasmätningar, bärvåg (signal) till brusförhållande (standard och hög upplösning), fasmätningsfrekvens.
I oktober 2016 släpptes RTCM 3.3 (beteckning RTCM 10403.3), där BeiDou (BDS) lades till de mottagna meddelandena för GPS-, GLONASS-, Galileo- och QZSS-system, och alla tidigare tillägg av version 3.x kombinerades.
RTCM-format Delas traditionellt in i två kategorier: Observation State Representation (OSR) och State Space Representation (SSR) Dessa grupper använder olika metoder, leveransmekanismer och underliggande teknologier för att lösa samma problem [4] .
Compact Measurement Record (CMR) är ett ganska gammalt format, det innehåller endast information från GPS L1/L2-satelliter. Utvecklad av Trimble 1992 som en metod för att överföra kod- och bärfaskorrigeringsdata i ett kompakt format från GPS-basstationer till GPS-rovers för RTK GPS-mätningar.
CMR+ är den andra generationen av Trimble CMR. Den har en mer kompakt meddelandestruktur än CMR. GPS-delen av detta protokoll var ursprungligen ägt av Trimble, men upptäcktes senare och blev en allmänt använd standard.
CMRx utvecklades 2009 för att stödja GNSS-konstellationer som har genomgått stora förändringar. Målet med CMRx var att förbättra initialiseringstiden, täcka ytterligare GNSS-kärnkonstellationer, hantera nya GNSS-signaler och förbättra prestandan i stadsmiljöer och miljöer med stängd himmel. [4] [5] [6] .
RTX är Trimbles proprietära format som använder kommunikationssatelliter för att skicka RTK-korrigeringsdata till rover istället för markradio eller mobilnät. Dataströmmen är faktiskt CMRx-korrigeringsdata. Förbättrad CMRx-datakomprimering är extremt viktig för ett satellitsystem eftersom satellitbandbredd är ganska dyrt. Precis som med CMRx är detta endast tillgängligt på Trimble-mottagare. [6] .
Technical Commission for Aeronautics (RTCA) är ett format utvecklat av US Radio Technical Commission for Aeronautics.
NCT är John Deeres proprietära korrigeringsdataformat. 1999, precis när precisionsjordbruket precis tog fart, förvärvade John Deere GNSS-tillverkaren NavCom. Idag tillverkar företaget mottagare för både lantbruk och andra industrier. Formatet är autentiskt och stöds endast av John Deere-mottagare. [6] .
Single Base RTK (översatt från engelska - "Single Base RTK") är en basstation som arbetar i RTK-läge, bestående av 1 referensmottagare, en mikroprocessor och ett VHF-radiomodem. Den kan vara mobil för geodesiändamål och i sällsynta fall stationär för navigeringsändamål. Täckningen är begränsad till lokala områden upp till 40 km från en enda station. När avståndet från basen ökar, minskar förmågan att lösa oklarheter, vilket påverkar noggrannheten för att bestämma den mobila roverns position. Noggrannhet når i plan: 0,01 m +/-0,5 ppm, och vertikalt: 0,02 m +/-1,0 ppm [7] . Eller 12 mm i plan och 60 mm i höjd, vid maximalt avstånd från basen.
Network RTK eller Multiple reference station (översatt från engelska - "multiple reference stations") [8] - En matematisk modell av en konfiguration som kombinerar 2 eller flera referens GNSS-mottagare (OP) till ett nätverk anslutet via kommunikationslinjer (IP-adress (Internet) ) eller cellulära kommunikationslinjer i GSM-format) till ett enda komplex. Referensmottagarna sänder kontinuerligt sina individuella satellitobservationer till servern. Nätverksmjukvaran löser noggrant tvetydigheterna hos satelliterna som observeras av referensmottagarna (RR). Det maximala avståndet mellan OP är inte mer än 70 km från varandra [7] .
RTK-nätverkskonceptet används för att skapa Differential Correction Systems i 2 versioner: geodetiska system STP (Precise Positioning System) och Control and Correction Station (CCS) för navigationssystem. Båda konfigurationerna kräver en central server (kraftig processor) för beräkning av korrigeringar och kommunikationslinjer för insamling av information. Konceptet med RTK-nätverk tillåter modellering (förväntar sig) de huvudsakliga felen i områden i olika områden med olika kvalitet (noggrannhet).
Kontroll- och korrigeringsstation (KKS)Kontroll- och korrigeringsstationer eller mätstationer, som är ett komplex av högprecisionsnavigeringsutrustning utformad i en redundant konfiguration. Traditionellt innehåller CCS 2 eller fler referensstationer installerade på punkter med kända koordinater, vilket garanterar tillförlitlighet och autonomi vid fel och tillförlitligheten hos den insamlade informationen [9] [10] .
Precision positioneringssystemPrecisionspositioneringssystem, bestående av referensstationer, bildar ett enda nätverk. Data som tas emot från stationerna strömmar till datorcentralen, som inkluderar både lämplig hårdvara och mjukvara. Referensstationernas kommunikationsmöjligheter säkerställer ständig överföring av data till datorcentret, som automatiskt arkiveras och konverteras till RINEX-formatet. Efter bildandet av differentiella korrigeringar sänder datorcentrets kommunikationsmedel dem till behöriga användare som arbetar i RTK-läget [11] . Sådana system är utplacerade i Tyskland, Schweiz, Nederländerna, Frankrike, Danmark och Sverige. [12] . På Rysslands, Moskvas och Moskvas territorium, S:t Petersburg och Leningrad-regionen, är Sverdlovsk och Samara-regionerna helt täckta. [13] [14] Sevastopol och Kaliningrad (med regionen). 90 % täckning finns i Krasnodar-territoriet, republikerna Krim, Tatarstan, Udmurtia och Chuvashia, Omsk och Voronezh, Kurgan och Rostov-regionerna. För 2019 var mer än 6 stora företag som erbjuder STP-tjänster representerade i Ryssland (RTK-Net [15] , PrinNet [16] , Topnet [17] , SmartNet [18] , eft-cors [19] , SSTP BTI [20] ) med hjälp av utrustning från olika företag. Nätverk konkurrerar och interagerar på paritetsbasis.
Idag implementerar RTK-nätverk olika metoder för att skapa exakta korrigeringar, såsom MAX och i-MAX, VRS eller VBS och FKP [7]
MAX och i-MAXMAX och i-MAX ( Master-Auxiliary corrections in translation from English - “Master-auxiliary corrections”) Metoden är baserad på konceptet med samma namn MAC (Master Auxiliary Concept), som Leica Geosystems och Geo++ föreslog gemensamt 2001. Individual MAX (i -MAX) har utformats för att stödja äldre mottagare som inte kan ta emot MAX-korrigeringar.
Konceptet är att korrigera koordinaterna för rover genom den närmaste (villkorligt huvudstationen). Detta koncept gör att rovern är mer flexibel - rovern kan alltid spåra RTK-lösningen och ändra dess beräkningar när den rör sig.
Information om ändringarna samlas in från nätverket (flera basstationer kopplade till en server), bearbetas av specialiserad programvara och överförs till användaren. Således länkar MAX- och i-MAX-korrigeringarna basmottagaren till rovern och linjen kan mätas om [21] .
VRS eller VBSVRS ( Virtual Reference Station översatt från engelska - "virtuell referensstation") eller VBS ( Virtual Base Station översatt från engelska - "virtuell basstation") [22] - Den virtuella basstationsmetoden utvecklades av Terrasat i slutet av 1990-talet. Denna metod, liksom MAX-metoderna, genererar korrigeringar genom att simulera RTK i enkelbasstationsläget - rover skickar ungefärliga koordinater för sin egen position (GGA-meddelande) till servern, servern genererar automatiskt en villkorad (virtuell) bas på avstånd 10-15 meter från rover, ställ in vikten en uppskattning för varje referensstation som en funktion av avståndet till arbetsområdet (mottagaren tar emot korrigeringen). Sedan, med hjälp av specialiserad programvara, startas läget för att generera korrigeringar från den virtuella stationen. Rovern börjar fungera redan från den virtuella stationen. Som ett resultat erhålls en uppsättning differentiella korrigeringar, optimerade för ett givet arbetsområde. Detta garanterar inte enhetligheten i mätningarna, och den upprepade genereringen av basstationer genom att slå på/av rover leder till positionshopp. VRS gör det dock möjligt att uppnå subcentimeternoggrannhet på relativt stora avstånd - 50-70 km i realtid, i ett enhetligt nätverk över hela området [21] [23] [22] .
Fördelar med VRS eller VBS.
FKP (Flächen Korrektur Parameter på tyska - "områdeskorrigeringsmetod") - [24] [25] Denna metod innebär beräkning av differentiella korrigeringar över ett område som täcks av flera basstationer (område med förväntade lösningar). Utan att ta hänsyn till den preliminära positionen för den mobila satellitmottagaren. Ett linjärt domänpolynom används för att tillhandahålla korrigeringar. Det hänvisar till en yta som definieras som parallell med WGS-84-ellipsoiden i höjd med referensstationen, d.v.s. mobilroverns pseudo-räckvidd. Från uppsättningen koordinater relaterade till ytsektorn (området med förväntade lösningar) kan de som motsvarar fasskillnaden för bärvågens L1- respektive L2-frekvenser beräknas pseudoområde korrigerat för positionsberoende fel. [26]
I slutet av 1990-talet föreslog Astronomy and Geomatics Research Group (gAGE) vid Catalonias tekniska universitet (UPC) konceptet Wide Area RTK för att lösa ett antal problem. Baserat på disambiguering av bärarfas i realtid. Vilket gör att du kan utöka lokala tjänster till en bred skala (det vill säga öka täckningen av baslinjerna mellan rover och basstation upp till 100 km), både för två frekvenser och för multisystemsmottagare (enkelfrekvensmottagare är principiellt utesluten). Tekniken är baserad på den optimala kombinationen av noggranna jonosfäriska och geodetiska modeller i ett nätverk av permanenta referensstationer. Den huvudsakliga faktorn som begränsar förlängningen av räckvidden för RTK-metoden bortom några tiotals kilometer är den differentiella jonosfäriska korrigeringen mellan rover och närmaste GNSS-referensstation. En sådan korrigering förhindrar realtidstvetydighet från att spridas och därmed upprätthålla korrekt navigering på underdecimeternivå. Det vill säga att de huvudsakliga felen skärs bort. Huvudfelet förblir den jonosfäriska och dess korrelationer, vars lindring blir huvudproblemet som måste lösas, vilket har ett viktlöst värde mot bakgrund av andra. Metoden har demonstrerats på riktiga data, men har ännu inte tagits i bruk, trots att den ökar täckningen till 500-900 kilometer från basstationen och som ett resultat kräver 100-1000 gånger färre mottagare som täcker en viss region. [27] [28]
Korrigeringarna sänds via en radiokanal (vid frekvenser 410-470 MHz för de flesta enheter). Basen kan antingen sättas till en punkt (punkt) med kända koordinater, eller så kan dess koordinater vara autonoma, med koordinater som medelvärde över ett visst tidsintervall (vanligtvis flera minuter). I det andra fallet utförs arbetet genom att kalibrera arbetsområdet med hjälp av kända punkter i fältstyrenhetens mjukvara som används för att arbeta med rovermottagaren. Radiomodemen inbyggda i basmottagarna har en effekt på upp till 4-5 W och är utrustade med kompakta (upp till 30 cm) antenner för drift över korta avstånd. För att öka driftsräckvidden används externa radiomodem med en effekt på upp till 35-40 W med separat strömförsörjning och större antenner (upp till flera meter), vanligtvis på en separat bas.
Fördelar:
Brister:
GSM - kommunikation kan tillhandahållas genom: den interna terminalen på mottagaren, den externa terminalen ansluten till mottagaren via RS-232, genom terminalen på fältkontrollern (relevant för rover).
CSDCSD (Circuit Switched Data i översättning från engelska - "Data with Channel Switching"). Överföringen av korrigeringar från basstationen utförs direkt genom att "ringa" rover till numret på SIM-kortet som är installerat i GMS-terminalen på denna bas. Fram till 2010 var det populärt, men efter 2010 började mobiloperatörer gradvis sluta stödja denna tjänst och lämnade den på en av tarifferna för IoT-enheter.
Fördelar:
Brister:
NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol). Introducerad i september 2004 av den tyska federala byrån för kartografi och geodesi (BKG) och Dortmund University Department of Computer Science DUDCS. Överföringen av korrigeringar från basstationen sker via en dator med en vit (statisk) IP-adress på vilken speciell programvara är installerad. Protokollbeskrivningen definierar 4 grundläggande komponenter i systemet:
Det finns mottagare med integrerad caster-funktion som kan ge ett litet antal rovers (vanligtvis upp till 10-30). Som regel installeras de permanent genom att ansluta till Internet via en router med inställningar för portvidarebefordran på vilken castern är konfigurerad och en direkt IP-adress.
Det finns internettjänster som ger caster-funktionalitet med en intuitiv installation. För att fungera behöver du en egen eller "vänlig" bas med GSM och en egen rover samt en liten abonnemangsavgift (jämförbar med kostnaden för mobiloperatörens internettaxa).
Fördelar:
Brister:
Liknar NTRIP men saknar flödeskontroll. På Internet finns det en HTTP-liknande server som kan ta emot och skicka data på en eller flera portar utan någon analys av den överförda informationen.
Fördelar:
Brister:
Liknar NTRIP, men korrigeringar sänds från basstationen via CHC-internettjänsten.
Fördelar:
Brister:
RTK-tekniken används i ett stort antal branscher: inom geodesi och landmatrikel, konstruktion, precisionsjordbruk, övervakning av industriella rörliga föremål och kapitalstrukturer, högprecisionsnavigering (på land, på vatten och i luften).
Den största fördelen med läget är möjligheten att erhålla koordinater med en noggrannhet på upp till ~ 1 cm i plan och upp till ~1,5 cm i höjd i realtid .
RTK fungerar inte när mindre än 5 av samma GPS-satelliter är synliga samtidigt på basen och på rovern. Från de ursprungliga satelliterna [29] . Med tanke på detta kan RTK inte arbeta i djupa kanjoner, såväl som i bebyggda områden i närvaro av en reflekterad signal. och Stabil drift av RTK garanteras inte längre än 20-30 km från basen (DGPS-metoden i sig fungerar i ett litet område av basen, på grund av atmosfärens ungefärligen enhetliga tillstånd). [30] [24] [31]
Under geomagnetiska stormar kan det inte finnas någon fast lösning (fast lösning - alla fasobetydligheter är lösta - ett heltal av våglängder på satellit-mottagarlinjen). Eftersom RTK-metoden är baserad på fasmätningar av pseudoområde, även under idealiska siktförhållanden för satelliter och ett litet bas-roveravstånd.
| Navigationssystem _ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satellit |
| ||||||
| Jord | |||||||
| Differentiella korrigeringssystem | |||||||