Valós idejű kinematika (RTK, angol fordításban - "valós idejű kinematika" [1] ) - technikák és módszerek összessége centiméteres pontosságú tereppontok tervezett koordinátáinak és magasságainak meghatározására műholdas navigációs rendszer segítségével , a bázisállomástól érkező korrekciók fogadásával. a felhasználó berendezése a forgatás során kapott. Ez az egyik DGPS módszer .
A műholdról érkező rádiójel az átvitel során különböző torzításoknak van kitéve. A jeltorzulásnak három fő oka van: a légköri egyenetlenségek (a főbbek az ionoszférikus és a troposzférikus), az álló és mozgó tárgyakból származó interferencia, valamint a jel visszaverődése vagy többutas. A GNSS jelek segítségével deciméteres pontossággal meghatározhatja a vevő helyzetét a Föld felszínén . A speciális berendezések használata nélküli torzulások miatt azonban a tényleges helymeghatározási pontosságot általában méterben vagy tíz méterben mérik (a szélességtől, a látható műholdak számától és egyéb körülményektől függően). További földi infrastruktúra- differenciál korrekciós rendszerek segítségével a torzítás jelentősen csökkenthető .
A korrekciók érdekében a GNSS vivőfázis méréseket egyidejűleg két GNSS vevőn alkalmazzák. Az egyik vevő (bázis, fix) koordinátáit pontosan meg kell határozni (például az állami geodéziai hálózat pontjára telepíthető ); kommunikációs csatornán (rádiómodem, gsm modem, internet stb.) egy korrekciónak nevezett adathalmazt továbbít. Az állomás által vett korrekciókat és a műholdjelet a szoftver dolgozza fel a szoftveralgoritmusok és a műhold efemeridiák halmozott statisztikái szerint . Ezt követően a bázisállomásról differenciálkorrekciót továbbít a második vevő (mobil, „rover”) felé, amely finomítja a műholdjelet.
A rover ezeket az adatokat felhasználva pontos pozicionálást biztosít (akár 1 cm vízszintesen (1 cm + 1 ppm) és 2 cm függőlegesen) az alapvevőtől legfeljebb 30 km távolságban. A javítások továbbításához rádiómodemet, internetet stb. használnak. Jelenleg az RTK módszert alkalmazzák az L1, L2 frekvenciákon. [2]
A helyszíni bázisállomások DGPS jeleket továbbítanak, általában VHF rádiómodemen vagy mobiltelefon-szolgáltatókon keresztül . VHF rádiójelek használatakor a dombos és hegyvidéki terep általában nem befolyásolja a jel vételét. A jelek azonban nem jutnak el a bázisállomásoktól távol és erősen erdős területeken található mély kanyonokba . GSM modem használata esetén pedig a cellatornyok jelenléte is korlátozza.
A módosítások RTCM SC-104 formátumban (3, 18-21, 32, 1003-1008 [3] ), CMR és CMR+, RTCA, ATOM formátumban továbbíthatók. A szükséges átviteli sebesség 2400 bps vagy több, az átviteli késleltetés legfeljebb 0,5-2 másodperc. A hagyományos DGPS -hez 200 bps sebesség és akár 10 másodperces késleltetés is elegendő volt, sokkal többre van szükség az SSR formátumú információfolyamokhoz.
A 3.0-s verziótól kezdődően az RTCM SC-104 szabvány tartalmazza a GLONASS rendszer RTK-javításainak továbbítását . [3] . A 2.3 és az azt követő 3.x verziók nem kompatibilisek, így párhuzamosan léteznek.
A 3.1-es verzió támogatja a különböző RTK-Network bázisállomás adatformátumokat (VRS, FKP és MAC), valamint az SSR üzeneteket (pontos efemerisz és óraeltolódási paraméterek).
A 3.2-es verzió (2013. február) a Multiple Signal Messages (MSM) funkcióval bővült. Az MSM formátum lehetővé teszi a vevő számára az összes műholdas rendszer használatát. Az üzenetek kompakt és teljes üzeneteket tartalmaznak pszeudotávolságra, fázismérésekre, vivő (jel)-zaj viszonyra (normál és nagy felbontás), fázis mérési frekvenciára.
2016 októberében megjelent az RTCM 3.3 (RTCM 10403.3 jelölés), amelyben a GPS, GLONASS, Galileo és QZSS rendszerek fogadott üzeneteihez hozzáadták a BeiDou-t (BDS), valamint a 3.x verziók összes korábbi kiegészítését egyesítették.
Az RTCM formátumok Hagyományosan két kategóriába sorolhatók: Observation State Representation (OSR) és State Space Representation (SSR) Ezek a csoportok különböző módszereket, szállítási mechanizmusokat és mögöttes technológiákat használnak ugyanazon probléma megoldására [4] .
A Compact Measurement Record (CMR) meglehetősen régi formátum, csak a GPS L1/L2 műholdakról tartalmaz információkat. A Trimble által 1992-ben kifejlesztett módszer kód- és vivőfázis-korrekciós adatok kompakt formátumban történő továbbítására a GPS-bázisállomásokról a GPS-roverekre az RTK GPS felmérésekhez.
A CMR+ a Trimble CMR második generációja. Kompaktabb üzenetszerkezettel rendelkezik, mint a CMR. Ennek a protokollnak a GPS része eredetileg a Trimble tulajdona volt, de később felfedezték, és széles körben használt szabvány lett.
A CMRx -et 2009-ben fejlesztették ki a jelentős változásokon átesett GNSS-konstellációk támogatására. A CMRx célja az inicializálási idő javítása, a további GNSS magkonstellációk lefedése, az új GNSS jelek kezelése, valamint a teljesítmény javítása városi és zárt égbolt környezetben. [4] [5] [6] .
Az RTX a Trimble szabadalmaztatott formátuma, amely kommunikációs műholdakat használ az RTK korrekciós adatok küldésére a rovernek a földi rádiók vagy mobilhálózatok helyett. Az adatfolyam valójában CMRx korrekciós adat. A továbbfejlesztett CMRx adattömörítés rendkívül fontos a műholdas rendszerek számára, mivel a műhold sávszélessége meglehetősen drága. A CMRx-hez hasonlóan ez is csak a Trimble vevőkészülékeken érhető el. [6] .
A Repülési Műszaki Bizottság (RTCA) az Egyesült Államok Repüléstechnikai Rádiótechnikai Bizottsága által kifejlesztett formátum.
Az NCT a John Deere saját fejlesztésű korrekciós adatformátuma. 1999-ben, amikor a precíziós mezőgazdaság csak fellendült, a John Deere felvásárolta a GNSS-t gyártó NavCom-ot. Ma a cég vevőkészülékeket gyárt a mezőgazdaság és más iparágak számára egyaránt. A formátum hiteles, és csak a John Deere vevőkészülékei támogatják. [6] .
Single Base RTK ( angol fordításban - „Single Base RTK”) egy RTK módban működő bázisállomás, amely 1 referenciavevőből, mikroprocesszorból és egy VHF rádiómodemből áll. Lehet mobil geodéziai célokra, és ritka esetekben helyhez kötött navigációs célokra. A lefedettség az egyetlen állomástól legfeljebb 40 km-re lévő helyi területekre korlátozódik. A bázistól való távolság növekedésével a kétértelműségek feloldásának képessége csökken, ami befolyásolja a mobil rover helyzetének meghatározásának pontosságát. Elérhető pontosság tervben: 0,01 m +/-0,5 ppm, függőlegesen pedig: 0,02 m +/-1,0 ppm [7] . Vagy 12 mm-es alaprajzban és 60 mm-es magasságban, az alaptól való maximális távolságban.
Hálózati RTK vagy Multiple reference station ( angolul fordítva - „multiple reference stations”) [8] – Egy olyan konfiguráció matematikai modellje, amely 2 vagy több referencia GNSS vevőt (OP) egy kommunikációs vonalakon (IP-cím (Internet)) keresztül csatlakoztatott hálózatba egyesít ) vagy GSM formátumú mobil kommunikációs vonalak) egyetlen komplexummá. A referencia vevők folyamatosan továbbítják egyedi műhold megfigyeléseiket a szervernek. A hálózati szoftver pontosan feloldja a műholdak kétértelműségeit, amelyeket a referenciavevők (RR) észlelnek. Az OP közötti maximális távolság legfeljebb 70 km lehet egymástól [7] .
Az RTK-Network koncepciót differenciálkorrekciós rendszerek létrehozására használják 2 változatban: STP geodéziai rendszerek (Precise Positioning System) és Control and Correction Station (CCS) navigációs rendszerek számára. Mindkét konfigurációhoz központi szerverre (erőteljes processzorra) van szükség a korrekciók kiszámításához és kommunikációs vonalakra az információgyűjtéshez. Az RTK-Network koncepciója lehetővé teszi a főbb hibák modellezését (elvárását) különböző területeken, eltérő minőséggel (pontossággal).
Ellenőrző és javító állomás (KKS)Vezérlő és korrekciós állomások vagy mérésgyűjtő állomások, amelyek redundáns konfigurációban kialakított, nagy pontosságú navigációs berendezések komplexuma. Hagyományosan a CCS 2 vagy több referenciaállomást tartalmaz ismert koordinátákkal rendelkező pontokon, ami garantálja a megbízhatóságot és az autonómiát meghibásodások esetén, valamint az összegyűjtött információk megbízhatóságát [9] [10] .
Precíziós helymeghatározó rendszerekA referenciaállomásokból álló precíziós helymeghatározó rendszerek egyetlen hálózatot alkotnak. Az állomásokról beérkező adatok a számítástechnikai központba áramlanak, amely tartalmazza a megfelelő hardvert és szoftvert egyaránt. A referenciaállomások kommunikációs lehetőségei biztosítják az adatok folyamatos továbbítását a számítástechnikai központba, amelyek automatikusan archiválódnak és RINEX formátumba konvertálódnak. A differenciális korrekciók kialakítása után a számítástechnikai központ kommunikációs eszközei ezeket az RTK módban működő jogosult felhasználóknak sugározzák [11] . Ilyen rendszereket telepítenek Németországban, Svájcban, Hollandiában, Franciaországban, Dániában és Svédországban. [12] . Oroszország területén, Moszkva és a moszkvai régió, Szentpétervár és a Leningrádi régió, Szverdlovszk és Szamarai régiók teljes mértékben le vannak fedve. [13] [14] Szevasztopol és Kalinyingrád (a régióval együtt). 90%-os lefedettség a Krasznodar Területen, a Krím Köztársaságban, Tatár Köztársaságban, Udmurtia és Csuvasia, Omszk és Voronyezs, Kurgan és Rosztov régiókban. 2019-ben több mint 6 STP szolgáltatásokat kínáló nagyvállalat képviseltette magát Oroszországban (RTK-Net [15] , PrinNet [16] , Topnet [17] , SmartNet [18] , eft- cors [19] , SSTP BTI [20] ) különböző cégek berendezéseit használva. A hálózatok paritásos alapon versenyeznek és kölcsönhatásba lépnek.
Manapság az RTK-hálózatok különféle módszereket alkalmaznak a pontos korrekciók létrehozására, például MAX és i-MAX, VRS vagy VBS és FKP [7]
MAX és i-MAXMAX és i-MAX ( Master-Auxiliary javítások angol fordításban - „Master-auxiliary corrections”) A módszer a Leica Geosystems és a Geo++ által 2001-ben közösen javasolt MAC (Master Auxiliary Concept) koncepción alapul. Az Individual MAX (i -MAX) a régebbi vevőkészülékek támogatására készült, amelyek nem tudnak MAX korrekciót fogadni.
A koncepció az, hogy a rover koordinátáit a legközelebbi (feltételesen a fő állomáson) keresztül korrigáljuk. Ez a koncepció lehetővé teszi, hogy a rover rugalmasabb legyen – a rover mindig követni tudja az RTK-megoldást, és mozgás közben módosíthatja a számításait.
A módosításokkal kapcsolatos információkat a hálózatról (egy szerverhez több bázisállomás kötve) gyűjtik, speciális szoftverek dolgozzák fel és továbbítják a felhasználónak. Így a MAX és i-MAX korrekciók összekapcsolják az alapvevőt a roverrel, és a vonal újramérhető [21] .
VRS vagy VBSVRS ( virtuális referenciaállomás angolul fordítva – „virtuális referenciaállomás”) vagy VBS ( virtuális bázisállomás angolul – „virtuális bázisállomás”) [22] – A virtuális bázisállomás módszerét a Terrasat fejlesztette ki az 1990-es évek végén. Ez a módszer a MAX metódusokhoz hasonlóan korrekciókat generál az RTK szimulálásával egyetlen bázisállomás módban - a rover elküldi saját pozíciójának hozzávetőleges koordinátáit (GGA üzenet) a szervernek, a szerver automatikusan generál egy feltételes (virtuális) bázist távolról. 10-15 méterrel a rovertől, minden referenciaállomásra becsült súlyt állítva be a munkaterülettől való távolság függvényében (a vevő megkapja a korrekciót). Ezután egy speciális szoftver segítségével elindul a virtuális állomásról korrekciók generálásának módja. A rover már a virtuális állomásról elkezd dolgozni. Ennek eredményeként egy differenciális korrekciókészletet kapunk, amely egy adott munkaterületre van optimalizálva. Ez nem garantálja a mérések egységességét, és a bázisállomások ismételt generálása a rover be- és kikapcsolásával helyzetugráshoz vezet. A VRS azonban lehetővé teszi a centiméter alatti pontosság elérését viszonylag nagy távolságokon - 50-70 km-ig valós időben, egységes hálózatban a teljes területen [21] [23] [22] .
A VRS vagy VBS előnyei.
FKP (Flächen Korrektur Parameter németül - "területkorrekciós módszer")) - [24] [25] Ez a módszer magában foglalja a differenciális korrekciók kiszámítását több bázisállomás által lefedett területen (várható megoldások területe). A mobil műholdvevő előzetes helyzetének figyelembevétele nélkül. A korrekciók elvégzésére lineáris tartománypolinom szolgál. Olyan felületre utal, amely párhuzamos a WGS-84 ellipszoiddal a referenciaállomás magasságában, azaz a mobil rover pszeudo-hatótávolságában. A felületi szektorhoz (várható megoldások területéhez) kapcsolódó koordinátákból azok, amelyek megfelelnek az L1 és L2 vivőfrekvenciák fáziskülönbségének, kiszámíthatók a helyzetfüggő hibákra korrigált pszeudotartományban. [26]
Az 1990-es évek végén a Katalóniai Műszaki Egyetem (UPC) Csillagászati és Geomatikai Kutatócsoportja (gAGE) számos probléma megoldására javasolta a Wide Area RTK koncepcióját. A valós idejű vivőfázis egyértelműsítésén alapul. Ez lehetővé teszi a helyi szolgáltatások széles körű kiterjesztését (azaz a rover és a bázisállomás közötti alapvonalak lefedettségének 100 km-re történő növelését), mind a kétfrekvenciás, mind a többrendszerű vevők esetében (az egyfrekvenciás vevők alapvetően kizárt). A technika a pontos ionoszférikus és geodéziai modellek optimális kombinációján alapul állandó referenciaállomások hálózatában. Az RTK módszer hatótávolságának néhány tíz kilométeren túli kiterjesztését korlátozó fő tényező a rover és a legközelebbi GNSS referenciaállomás közötti differenciális ionoszférikus korrekció. Egy ilyen korrekció megakadályozza a valós idejű kétértelműség terjedését, és ezáltal fenntartja a megfelelő deciméter alatti pontos navigációt. Vagyis a fő hibák le vannak vágva. A fő hiba továbbra is az ionoszférikus hiba és annak összefüggései maradnak, amelyek mérséklése válik a fő megoldandó problémává, amely súlytalan értékű a többi háttérrel szemben. A módszert valós adatokon demonstrálták, de még nem alkalmazták, annak ellenére, hogy a lefedettséget a bázisállomástól 500-900 kilométerre növeli, és ennek eredményeként 100-1000-szer kevesebb vevőt igényel egy adott régiót lefedve. [27] [28]
A korrekciókat rádiócsatornán keresztül továbbítják (a legtöbb eszköznél 410-470 MHz frekvencián). Az alap beállítható egy ismert koordinátákkal rendelkező pontra (pontra), vagy a koordinátái lehetnek autonómok, egy bizonyos időintervallumra (általában több percre) átlagolva. A második esetben a munkavégzés a munkaterület kalibrálásával történik a terepi vezérlőszoftver ismert pontjaival, amelyet a rover vevővel való munkához használnak. Az alapvevőkbe épített rádiómodemek akár 4-5 W teljesítményűek, és kompakt (30 cm-es) antennákkal vannak felszerelve a rövid távolságú működés érdekében. A működési hatótávolság növelése érdekében 35-40 W teljesítményű külső rádiómodemet használnak külön tápegységgel és nagyobb antennákkal (akár több méterig), általában külön alapon.
Előnyök:
Hibák:
GSM - kommunikáció biztosítható: a vevő belső terminálján, a vevőhöz RS-232-n keresztül csatlakoztatott külső terminálon, a terepi vezérlő terminálján keresztül (a rover szempontjából).
CSDCSD (Circuit Switched Data angol fordításban - „Adatok csatornaváltással”). A korrekciók továbbítása a bázisállomásról közvetlenül történik, a rover "tárcsázásával" a bázis GMS-termináljába telepített SIM-kártya számára. 2010-ig népszerű volt, de 2010 után a mobilszolgáltatók fokozatosan abbahagyták ennek a szolgáltatásnak a támogatását, és az IoT-eszközök egyik tarifáján hagyták.
Előnyök:
Hibák:
NTRIP (az RTCM hálózatos szállítása Internet Protokollon keresztül). 2004 szeptemberében vezette be a Német Szövetségi Térképészeti és Geodéziai Ügynökség (BKG) és a Dortmundi Egyetem Számítástechnikai Tanszéke DUDCS. A korrekciók továbbítása a bázisállomásról fehér (statikus) IP-című számítógépen keresztül történik, amelyre speciális szoftver van telepítve. A protokoll leírása a rendszer 4 alapvető összetevőjét határozza meg:
Vannak olyan vevők, amelyek beépített görgős funkcióval rendelkeznek, amelyek kis számú rovert biztosítanak (általában 10-30-ig). Általában véglegesen telepítik őket úgy, hogy egy olyan útválasztón keresztül csatlakoznak az internethez, amelyen a vezérlő konfigurálva van, és közvetlen IP-címmel rendelkezik.
Vannak olyan internetes szolgáltatások, amelyek intuitív beállítással biztosítják a görgőfunkciókat. A munkához saját vagy "barátságos" bázisra lesz szüksége GSM-mel és saját roverrel, valamint egy kis előfizetési díjra (amely a mobilszolgáltató internettarifájához hasonlítható).
Előnyök:
Hibák:
Hasonló az NTRIP-hez, de hiányzik az áramlásszabályozás. Az interneten van egy HTTP-szerű szerver, amely képes adatokat fogadni és küldeni egy vagy több porton anélkül, hogy a továbbított információ elemzése lenne.
Előnyök:
Hibák:
Hasonló az NTRIP-hez, de a korrekciókat a bázisállomás a CHC Internet szolgáltatáson keresztül továbbítja.
Előnyök:
Hibák:
Az RTK technológiát számos iparágban alkalmazzák: geodézia és földkataszter, építőipar, precíziós mezőgazdaság, ipari mozgó objektumok és tőkeszerkezetek monitorozása, nagy pontosságú navigáció (szárazföldön, vízen és levegőben).
A mód fő előnye, hogy a koordinátákat akár ~ 1 cm -es pontossággal a tervben és akár ~1,5 cm-es magasságban valós időben is megkaphatja .
Az RTK nem működik, ha kevesebb mint 5 azonos GPS műhold látható egyszerre a bázison és a roveren. Az eredeti műholdakról [29] . Ennek fényében az RTK nem tud dolgozni mély kanyonokban, valamint lakott területeken visszavert jel jelenlétében. és az RTK stabil működése a bázistól 20-30 km-nél távolabb nem garantált (maga a DGPS módszer a bázis kis területén működik, a légkör megközelítőleg egyenletes állapota miatt). [30] [24] [31]
Geomágneses viharok során előfordulhat, hogy nincs rögzített megoldás (rögzített megoldás - minden fázis kétértelműség feloldódik - egész számú hullámhossz a műhold-vevő vonalon). Mivel az RTK módszer pszeudotávolságú fázisméréseken alapul, még ideális műhold láthatósági viszonyok és kis bázis-rover távolság mellett is.
| Navigációs rendszerek | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Műhold |
| ||||||
| Talaj | |||||||
| Differenciálkorrekciós rendszerek | |||||||