Real Time Kinematic

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «RTK»)
Перейти к навигации Перейти к поиску

Real Time Kinematic (RTK, в переводе с англ. — «кинематика реального времени»[1]) — совокупность приёмов и методов получения плановых координат и высот точек местности сантиметровой точности с помощью спутниковой системы навигации посредством получения поправок с базовой станции, принимаемых аппаратурой пользователя во время съёмки. Является одним из методов DGPS

Принцип работы[править | править код]

Радиосигнал со спутника при передаче подвергается различным искажениям. Выделяют три основных причины искажения сигнала: атмосферные неоднородности (ионосферные и тропосферные основные из них), помехи от стационарных и подвижных объектов, а также переотражение сигнала или многолучевость. С помощью GNSS-сигналов можно определить положение приёмника на поверхности Земли с дециметровой точностью. Однако из-за искажений без применения специального оборудования реальная точность позиционирования обычно измеряется в метрах или десятках метров (в зависимости от широты, количества видимых спутников и других условий). Искажения могут быть существенно уменьшены с помощью дополнительной наземной инфраструктуры — систем дифференциальной коррекции.

Для получения поправок используются измерения фаз несущей GNSS-сигналов одновременно на двух GNSS-приёмниках. Координаты одного из приёмников (базового) должны быть точно определены (например, он может быть установлен на пункте государственной геодезической сети); он передает по каналу связи (радиомодем, gsm-модем, интернет и др.) набор данных, называемых поправками. Полученный станцией спутниковый сигнал обрабатывается ПО в соответствии с программными алгоритмами и накопленной статистикой спутниковых эфемерид, после чего на базовую станцию передается дифференциальная поправка, уточняющая спутниковый сигнал.

Второй приёмник («ровер») может воспользоваться этими данными для точного определения местоположения (до 1 см в плане и 2 см по высоте) на расстояниях до 30 км от базового приёмника. Для передачи поправок используются радиомодемы, интернет и так далее. В настоящее время метод RTK используется на частотах L1, L2.

Полевые базовые станции передают сигналы DGPS обычно через УКВ-радиомодем или через операторов сотовой связи. При использовании радиосигналов метрового диапазона холмистая и горная местность обычно не влияет на приём сигнала. Однако сигналы не доходят до глубоких каньонов, расположенных далеко от базовых станции и в сильно залесенной местности. А так же ограничивается наличием вышек сотовой связи, в случае использования GSM-модема.

Поправки могут передаваться в формате RTCM SC-104 (коды сообщений 3, 18-21, 32, 1003—1008[2]), CMR и CMR+, RTCA, ATOM. Требуемая скорость передачи — 2400 бит/с и более, задержка передачи — не более 0.5−2 секунд. Для обычного DGPS достаточно было скоростей 200 бит/с и задержек до 10 сек.

Начиная с версии 3.0 стандарт RTCM SC-104 включает возможность передачи RTK-поправок для системы ГЛОНАСС.[2]. Версии 2.3 и последующие 3.х не совместимы, поэтому существуют параллельно.

В версии 3.2 (февраль 2013) добавляется сообщения Множественных Сигналов (Multiple Signal Messages (MSM)). Формат MSM позволяет приемнику использовать все спутниковые системы. Сообщения включают компактные и полные сообщения для псевдодальностей, фазовых измерений, отношения несущей (сигнала) к шуму (стандартное и высокое разрешение), частоту фазовых измерений.

В октябре 2016 года вышла версия RTCM 3.3 (обозначение RTCM 10403.3) в которой к принятым сообщениям для систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo и QZSS добавлено BeiDou (BDS), а также объединены все предыдущие дополнения версий 3.х.

Методы передачи поправок[править | править код]

VHF (УКВ - волна)[править | править код]

Передача поправок с «базы из поля» производится напрямую, через радио канал на определенной частоте.

Недостатки

  • радиус действия ограничен охватом радиомодема;
  • необходима установка базовой станции над пунктом ГГС.

Достоинства

  • нет необходимости в сторонних организациях.

С использованием GSM[править | править код]

CSD[править | править код]

CSD (Circuit Switched Data в переводе с англ. — «Данные с Коммутацией Каналов») Передача поправок с «референцной базы» или с "базы из поля" производится через «вторые руки» — линии сотовой связи формата GSM.

Недостатки

  • необходимость заключать договора с организацией эксплуатирующей сеть базовых станций и сервер и/или с оператором сотовой связи.

Достоинства

  • радиус действия не ограничен.

NTRIP[править | править код]

NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol в переводе с англ. — «Сетевой транспорт RTCM по интернет-протоколу»). Представлен в сентябре 2004 Немецкое агентство картографии и геодезии (German Federal Agency for Cartography and Geodesy (BKG)) и дортмундским Университетом Компьютерных Технологий (Dortmund University Department of Computer Science DUDCS). Передача поправок с «референцной базы» или с "базы в поле" производится также через «вторые руки» — белый IP — адрес ((интернет)линии сотовой связи формата GSM).

Недостатки

  • необходимость заключать договор с организацией эксплуатирующей сеть базовых станций и сервер.

Достоинства

  • радиус действия не ограничен;
  • требуется только ровер.

APIS[править | править код]

Передача поправок с «базы из поля» производится также через «вторые руки» — белый IP-адрес ((интернет)линии сотовой связи формата GSM).

Достоинства:

  • радиус действия не ограничен;
  • нет нужды заключать договор с организацией эксплуатирующей сеть базовых станций.

Недостатки:

  • необходима установка базовой станции над пунктом ГГС;
  • необходим сервер (сетевой сервис) и GSM-модем

Методы УКВ и APIS считаются классическими методами RTK, а CSD и NTRIP - референцными[3].

Методы вычисления поправок в сетевых решения[править | править код]

MAX и i-MAX[править | править код]

MAX и i-MAX (Master-Auxiliary corrections в переводе с англ. — «Мастер-вспомогательные поправки») Метод базируется на одноименной концепции МАС (Master Auxiliary Concept), предложенной совместно фирмами Leica Geosystems и Geo++ в 2001 г. Индивидуальные MAX (i-MAX) был разработан, чтобы поддержать старые приемники, которые не могут принимать поправок типа MAX.

Концепция заключается в корректировки координат ровера через Ближайшую (Условно Главную Мастер-Станцию). Такая Концепция позволяет роверу проявлять большую гибкость - ровер может всегда отслеживать RTK решение и менять свои расчеты в процессе движения.

Информация о поправках собирается с сети (нескольких завязанных на один сервер базовых станций) обрабатывается специализированным ПО, передается пользователю. Таким образом поправки MAX и i-MAX связываю базовый приемник с ровером и линия может быть измерена повторно.[4]

VRS или VBS[править | править код]

VRS (Virtual Reference Station в переводе с англ. — «виртуальная референцная станция») или VBS(Virtual Base Station в переводе с англ. — «виртуальная базовая станция»)[5]- Метод виртуальной базовой станции разработан компанией Terrasat в конце 1990 годов. Данный метод также как и методы МАХ формирует поправки, симулируя RTK в режиме одиночной базовой станции - ровер передает на сервер приближенные координаты собственного положения (GGA сообщение), сервер автоматически генерирует условную (виртуальную) базу на расстоянии 10-15 метров от ровера, задав весовую оценку для каждой референц-станции как функцию расстояния до области работ (приемника принимающего поправки). Затем, с помощью специализированного ПО, запускается режим генерации поправок от виртуальной станции. Ровер начинает работу уже от виртуальной станции. В результате, получается один набор дифференциальных поправок, оптимизированный для данного района работ. Что не гарантирует единство измерений, а неоднократная генерация БС по средствам включения/выключения ровера, неизбежно приводит к скачкам положения.[6][7][8]

Преимущества VRS или VBS.

 -  VBS обеспечивает высокую точность определения координат для больших областей
 -  VBS является очень надежной системой, не зависящей от одной референц-станции
 -  Отсутствие "скачков" позиционирования при переключении от одной референц-станции к другой (при постоянно включенном приемнике)[9].

FKP[править | править код]

FKP (Flächen Korrektur Parameter в переводе с нем. — «метод площадных поправок»)) — .[10][11] Данный метод подразумевает расчет дифференциальных поправок на площади, охваченной несколькими базовыми станциями (площадь ожидаемых решений). Без учета предварительного положения подвижного спутникового приемника. Для предоставления поправок используется полином линейной области. Он относится к поверхности, которая определяется как параллельная эллипсоиду WGS-84 по высоте опорной станции т.е. псевдодиапазона мобильного ровера. Из множества координат относящихся к сектору поверхности (площади ожидаемых решений) выбираются те, что соответствую разности фазы несущей L1 и L2 частот (принцип тот же что в методе PPP) соответственно можно вычислить псевдодиапазон, скорректированный на позиционно-зависимые ошибки.[12]

методы FKP и VRS являются косвенными

федеральные сети предоставляющие поправки[править | править код]

Сеть ССТП Смартнет Топнет
Сайт http://гнсс.рф/ http://smartnet.geosystems.ru/ http://topnet.gsi.ru/
оборудование различное Leica Geosystems TOPCON/SOKKIA
эксплуатант АО Ростехинвентаризация ГЕКСАГОН ГЕОСИСТЕМС РУС ООО «ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ»

Применение[править | править код]

Технология используется в большом количестве отраслей промышленности: в геодезии и земельном кадастре, строительстве, точном земледелии. В странах, где технология широко распространена, используется для мониторинга промышленных объектов.

Преимущества[править | править код]

Основным преимуществом режима является возможность точной обработки сигнала в реальном времени. Существует несколько видов использования навигационных поправок: постпроцессинг и PPP, DGPS, RTK. Различаются они точностью полученных измерений и временем, затраченным на их получение.

Так, режим постобработки (постпроцессинг, апостериорная обработка данных) позволяет добиться наибольшей точности (в субсантиметровых пределах), но требует значительного времени на сбор и обработку данных. PPP (precise point positioning) подразумевает получение высокоточных данных эфемерид и поправок к часам спутников (от суток («быстрые» эфемериды) до двух недель («финальные» эфемериды)).

В режиме DGPS времени затрачивается существенно меньше — фактически, работы могут проводиться в реальном времени. Однако точность поправок DGPS лежит в пределах метра. Режим RTK позволяет получать поправки в реальном времени, с точностью порядка 1 см в плане и 2 по высоте.

Недостатки[править | править код]

GPS-RTK может не работать, либо работать практически также медленно как DGPS, в случае видимости менее, чем 5 спутников,[13] а также в радиусе 20-30 км от базы.[14][15][16]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. — Издание 3-е, исправленное и дополненное. — Москва: ИФК «Каталог», 2002. — С. 62. — 106 с. — ISBN 5-94349-032-9.
  2. 1 2 rtcm sc-104 version 2.2 (недоступная ссылка). Дата обращения 14 февраля 2012. Архивировано 15 сентября 2013 года.
  3. https://www.prin.ru/articles/apis_novaya_tehnologiya_peredachi_rtk_popravok/
  4. [1]
  5. http://www.kmcgeo.com/Articles/OmniSTAR.htm
  6. [2]
  7. [3]
  8. http://www.kmcgeo.com/Articles/OmniSTAR.htm
  9. http://www.kmcgeo.com/Articles/OmniSTAR.htm
  10. ГИС ассоциция
  11. Leica geosystems
  12. [4]
  13. GPS and GPS+GLONASS RTK, Frank van Diggelen
  14. Журнал "Геопрофи" 3-2008
  15. ГИС ассоциция
  16. Сети базовых референцных станций RTK

Ссылки[править | править код]