Real Time Kinematic (RTK, přeloženo z angličtiny - "real-time kinematics" [1] ) - soubor technik a metod pro získání plánovaných souřadnic a výšek bodů s centimetrovou přesností terénu pomocí satelitního navigačního systému přijímáním korekcí ze základnové stanice. přijaté zařízením uživatele během natáčení. Je to jedna z metod DGPS .
Rádiový signál ze satelitu během přenosu podléhá různým zkreslením. Existují tři hlavní příčiny zkreslení signálu: atmosférické nepravidelnosti (hlavní jsou ionosférické a troposférické), interference od stacionárních a pohybujících se objektů, stejně jako zpětný odraz signálu nebo multipath. Pomocí signálů GNSS můžete určit polohu přijímače na povrchu Země s decimetrovou přesností. Kvůli zkreslení bez použití speciálního vybavení se však skutečná přesnost určení polohy obvykle měří v metrech nebo desítkách metrů (v závislosti na zeměpisné šířce, počtu viditelných satelitů a dalších podmínkách). Zkreslení lze výrazně snížit pomocí doplňkových systémů pozemní infrastruktury – diferenciální korekce .
Pro získání korekcí se měření nosné fáze GNSS používá současně na dvou přijímačích GNSS. Souřadnice jednoho z přijímačů (základní, pevný) musí být přesně určeny (např. může být instalován v místě státní geodetické sítě ); přenáší přes komunikační kanál (rádiový modem, gsm modem, internet atd.) sadu dat nazývaných korekce. Korekce přijaté stanicí a satelitním signálem jsou zpracovávány softwarem v souladu se softwarovými algoritmy a nashromážděnými statistikami satelitních efemerid . Poté je ze základnové stanice do druhého přijímače (mobilu, „roveru“) přenesena diferenciální korekce, která zpřesňuje satelitní signál.
Rover může tato data použít k zajištění přesné polohy (až 1 cm vodorovně (1 cm + 1 ppm) a 2 cm svisle) na vzdálenost až 30 km od základního přijímače. K přenosu korekcí se používají rádiové modemy, internet a tak dále. V současné době se metoda RTK používá na kmitočtech L1, L2. [2]
Polní základnové stanice vysílají signály DGPS, obvykle přes VHF rádiový modem nebo prostřednictvím operátorů mobilních telefonů . Při použití rádiových signálů VHF kopcovitý a horský terén obvykle neovlivňuje příjem signálu. Signály však nedosahují hlubokých kaňonů umístěných daleko od základnových stanic a v hustě zalesněných oblastech. A je také omezena přítomností mobilních věží, v případě použití GSM modemu.
Dodatky lze přenášet ve formátu RTCM SC-104 (kódy zpráv 3, 18-21, 32, 1003-1008 [3] ), CMR a CMR+, RTCA, ATOM. Požadovaná přenosová rychlost je 2400 bps nebo více, zpoždění přenosu není větší než 0,5–2 sekundy. Pro konvenční DGPS postačovaly rychlosti 200 bps a zpoždění až 10 sekund, pro informační toky ve formátu SSR je potřeba mnohem více.
Počínaje verzí 3.0 standard RTCM SC-104 zahrnuje schopnost přenášet korekce RTK pro systém GLONASS . [3] . Verze 2.3 a následující 3.x nejsou kompatibilní, takže existují paralelně.
Verze 3.1 podporuje různé datové formáty základnových stanic RTK-Network (VRS, FKP a MAC) a také zprávy SSR (přesné efemeridy a parametry posunu hodin).
Verze 3.2 (únor 2013) přidává Multiple Signal Messages (MSM). Formát MSM umožňuje přijímači využívat všechny satelitní systémy. Zprávy zahrnují kompaktní a úplné zprávy pro pseudovzdálenosti, fázová měření, poměr nosné (signálu) k šumu (standardní a vysoké rozlišení), frekvenci měření fáze.
V říjnu 2016 vyšlo RTCM 3.3 (označení RTCM 10403.3), ve kterém bylo k přijatým zprávám přidáno BeiDou (BDS) pro systémy GPS, GLONASS, Galileo a QZSS a byly spojeny všechny předchozí přírůstky verzí 3.x.
Formáty RTCM Tradičně spadají do dvou kategorií: Observation State Representation (OSR) a State Space Representation (SSR) Tyto skupiny používají různé metody, mechanismy doručení a základní technologie k řešení stejného problému [4] .
Compact Measurement Record (CMR) je poměrně starý formát, obsahuje informace pouze z GPS satelitů L1/L2. Vyvinutý společností Trimble v roce 1992 jako metoda pro přenos dat korekce kódu a nosné fáze v kompaktním formátu ze základnových stanic GPS do GPS roverů pro RTK GPS průzkumy.
CMR+ je druhá generace Trimble CMR. Má kompaktnější strukturu zpráv než CMR. GPS část tohoto protokolu byla původně majetkem Trimble, ale později byla objevena a stala se široce používaným standardem.
CMRx byl vyvinut v roce 2009 na podporu konstelací GNSS, které prošly velkými změnami. Cílem CMRx bylo zkrátit dobu inicializace, pokrýt další základní konstelace GNSS, vypořádat se s novými signály GNSS a zlepšit výkon v městských a uzavřených prostředích. [4] [5] [6] .
RTX je proprietární formát Trimble, který využívá komunikační satelity k odesílání korekčních dat RTK do roveru spíše než pozemní rádia nebo mobilní sítě. Datový tok jsou ve skutečnosti korekční data CMRx. Vylepšená komprese dat CMRx je pro satelitní systém extrémně důležitá, protože šířka pásma satelitu je poměrně drahá. Stejně jako u CMRx je toto dostupné pouze u přijímačů Trimble. [6] .
Technical Commission for Aeronautics (RTCA) je formát vyvinutý americkou Radio Technical Commission for Aeronautics.
NCT je patentovaný formát korekčních dat společnosti John Deere. V roce 1999, právě když se precizní zemědělství teprve rozjíždělo, John Deere koupil výrobce GNSS NavCom. Dnes společnost vyrábí přijímače pro zemědělství a další průmyslová odvětví. Formát je autentický a podporují jej pouze přijímače John Deere. [6] .
Single Base RTK (přeloženo z angličtiny - “Single Base RTK”) je základnová stanice pracující v režimu RTK, skládající se z 1 referenčního přijímače, mikroprocesoru a VHF rádiového modemu. Může být mobilní pro účely geodézie a ve vzácných případech stacionární pro účely navigace. Pokrytí je omezeno na místní oblasti do 40 km od jedné stanice. S rostoucí vzdáleností od základny klesá schopnost řešit nejasnosti, což ovlivňuje přesnost určení polohy mobilního roveru. Přesnost dosahuje v půdorysu: 0,01 m +/-0,5 ppm a vertikálně: 0,02 m +/-1,0 ppm [7] . Nebo 12 mm v půdorysu a 60 mm na výšku, v maximální vzdálenosti od základny.
Network RTK neboli Vícenásobná referenční stanice (přeloženo z angličtiny - „více referenčních stanic“) [8] - Matematický model konfigurace, která kombinuje 2 nebo více referenčních GNSS přijímačů (OP) do sítě propojené komunikačními linkami (IP adresa (Internet ) nebo celulární komunikační linky ve formátu GSM) do jednoho komplexu. Referenční přijímače nepřetržitě vysílají svá individuální satelitní pozorování na server. Síťový software přesně řeší nejednoznačnosti satelitů, které jsou pozorovány referenčními přijímači (RR). Maximální vzdálenost mezi OP není větší než 70 km od sebe [7] .
Koncept RTK-Network slouží k vytvoření diferenciálních korekčních systémů ve 2 verzích: geodetické systémy STP (Precise Positioning System) a Control and Correction Station (CCS) pro navigační systémy. Obě konfigurace vyžadují centrální server (výkonný procesor) pro výpočet korekcí a komunikační linky pro sběr informací. Koncept RTK-Network umožňuje modelovat (očekávat) hlavní chyby v oblastech různých oblastí s různou kvalitou (přesností).
Kontrolní a korekční stanice (KKS)Řídicí a korekční stanice nebo stanice sběru měření, což je komplex vysoce přesných navigačních zařízení navržených v redundantní konfiguraci. CCS tradičně obsahuje 2 nebo více referenčních stanic instalovaných v bodech se známými souřadnicemi, což zaručuje spolehlivost a autonomii v případě poruch a spolehlivost shromážděných informací [9] [10] .
Přesné polohovací systémyPřesné polohovací systémy sestávající z referenčních stanic tvoří jedinou síť. Data přijatá ze stanic proudí do výpočetního centra, které zahrnuje jak příslušný hardware, tak software. Komunikační zařízení referenčních stanic zajišťuje neustálý přenos dat do výpočetního střediska, která jsou automaticky archivována a převáděna do formátu RINEX. Po vytvoření rozdílových korekcí je komunikační prostředky výpočetního střediska vysílají oprávněným uživatelům pracujícím v režimu RTK [11] . Takové systémy jsou nasazeny v Německu, Švýcarsku, Nizozemsku, Francii, Dánsku a Švédsku. [12] . Na území Ruska jsou plně pokryty Moskva a Moskevská oblast, Petrohrad a Leningradská oblast, Sverdlovská a Samarská oblast. [13] [14] Sevastopol a Kaliningrad (s regionem). 90% pokrytí je v Krasnodarském území, Republikách Krym, Tatarstánu, Udmursku a Čuvašsku, Omsku a Voroněži, Kurganské a Rostovské oblasti. Pro rok 2019 bylo v Rusku zastoupeno více než 6 velkých společností nabízejících služby STP (RTK-Net [15] , PrinNet [16] , Topnet [17] , SmartNet [18] , eft-cors [19] , SSTP BTI [20] ) pomocí zařízení od různých společností. Sítě soutěží a interagují na základě parity.
Dnes RTK sítě implementují různé metody k vytvoření přesných korekcí, jako jsou MAX a i-MAX, VRS nebo VBS a FKP [7]
MAX a i-MAXMAX a i-MAX ( Master-Auxiliary corrections v překladu z angličtiny - “Master-auxiliary corrections”) Metoda je založena na stejnojmenném konceptu MAC (Master Auxiliary Concept), který společně navrhly Leica Geosystems a Geo++ v roce 2001. Individual MAX (i -MAX) byl navržen tak, aby podporoval starší přijímače, které nemohou přijímat MAX korekce.
Koncept je opravit souřadnice roveru přes nejbližší (podmíněně hlavní hlavní stanici). Tento koncept umožňuje roveru být flexibilnější – rover může vždy sledovat řešení RTK a měnit své výpočty, když se pohybuje.
Informace o změnách jsou shromažďovány ze sítě (několik základnových stanic připojených k jednomu serveru), zpracovávány specializovaným softwarem a přenášeny k uživateli. Korekce MAX a i-MAX tak propojí základní přijímač s roverem a vedení může být přeměřeno [21] .
VRS nebo VBSVRS ( Virtual Reference Station v překladu z angličtiny – „virtuální referenční stanice“) nebo VBS ( Virtual Base Station v překladu z angličtiny – „virtuální základnová stanice“) [22] – Metoda virtuální základnové stanice byla vyvinuta společností Terrasat na konci 90. let 20. století. Tato metoda, stejně jako metody MAX, generuje korekce simulací RTK v režimu jedné základnové stanice - rover posílá přibližné souřadnice své vlastní polohy (zpráva GGA) na server, server automaticky generuje podmíněnou (virtuální) základnu na dálku 10-15 metrů od roveru, nastavení hmotnosti odhadem pro každou referenční stanici jako funkci vzdálenosti k pracovní oblasti (přijímač přijímá korekci). Poté se pomocí specializovaného softwaru spustí režim generování korekcí z virtuální stanice. Rover začne pracovat již z virtuální stanice. V důsledku toho je získána jedna sada diferenciálních korekcí, optimalizovaná pro danou oblast práce. To nezaručuje jednotnost měření a opakované generování základnových stanic zapínáním/vypínáním roveru vede k polohovým skokům. VRS však umožňuje dosáhnout subcentimetrové přesnosti na relativně velké vzdálenosti - 50-70 km v reálném čase, v jednotné síti po celé ploše [21] [23] [22] .
Výhody VRS nebo VBS.
FKP (Flächen Korrektur Parameter v němčině - "metoda korekce plochy") - [24] [25] Tato metoda zahrnuje výpočet diferenciálních korekcí na ploše pokryté několika základnovými stanicemi (oblast očekávaných řešení). Bez zohlednění předběžné polohy mobilního satelitního přijímače. K zajištění korekcí se používá lineární doménový polynom. Vztahuje se k povrchu, který je definován jako rovnoběžný s elipsoidem WGS-84 ve výšce referenční stanice, tj. pseudovzdálenost mobilního roveru. Ze sady souřadnic souvisejících s povrchovým sektorem (oblast očekávaných řešení), které odpovídají fázovému rozdílu nosných frekvencí L1 a L2, lze vypočítat pseudorozsah korigovaný na chyby závislé na poloze. [26]
Koncem 90. let Astronomy and Geomatics Research Group (gAGE) na Technické univerzitě v Katalánsku (UPC) navrhla koncept Wide Area RTK k vyřešení řady problémů. Založeno na disambiguaci nosné fáze v reálném čase. Což umožňuje rozšířit místní služby v širokém měřítku (tedy zvýšit pokrytí základních linek mezi roverem a základnovou stanicí až na 100 km), a to jak pro dvoufrekvenční, tak pro vícesystémové přijímače (jednofrekvenční přijímače jsou zásadně vyloučeno). Technika je založena na optimální kombinaci přesných ionosférických a geodetických modelů v síti stálých referenčních stanic. Hlavním faktorem limitujícím rozšíření dosahu metody RTK nad několik desítek kilometrů je diferenciální ionosférická korekce mezi roverem a nejbližší referenční stanicí GNSS. Taková korekce zabraňuje šíření nejednoznačnosti v reálném čase, a tím udržuje správnou navigaci na sub-decimetrové úrovni. To znamená, že hlavní chyby jsou odříznuty. Hlavní chybou zůstává ta ionosférická a její korelace, jejichž zmírnění se stává hlavním problémem, který je třeba řešit a který má na pozadí ostatních beztížnou hodnotu. Metoda byla demonstrována na reálných datech, ale dosud nebyla nasazena, přestože zvyšuje pokrytí na 500-900 kilometrů od základnové stanice a v důsledku toho vyžaduje 100-1000krát méně přijímačů pokrývajících daný region. [27] [28]
Korekce jsou přenášeny rádiovým kanálem (na frekvencích 410-470 MHz pro většinu zařízení). Základna může být buď nastavena na bod (bod) se známými souřadnicemi, nebo její souřadnice mohou být autonomní, se souřadnicemi zprůměrovanými za určitý časový interval (obvykle několik minut). Ve druhém případě se práce provádí kalibrací pracovní oblasti pomocí známých bodů v softwaru polního kontroléru používaného pro práci s přijímačem roveru. Rádiové modemy zabudované v základních přijímačích mají výkon až 4-5 W a jsou vybaveny kompaktními (až 30 cm) anténami pro provoz na krátké vzdálenosti. Pro zvýšení provozního dosahu se používají externí rádiové modemy s výkonem do 35-40 W se samostatným napájením a většími anténami (až několik metrů), obvykle na samostatné základně.
výhody:
nedostatky:
GSM - komunikace může být zajištěna přes: vnitřní terminál přijímače, externí terminál připojený k přijímači přes RS-232, přes terminál polního kontroléru (relevantní pro rover).
CSDCSD (Circuit Switched Data v překladu z angličtiny - „Data s přepínáním kanálů“). Přenos korekcí ze základnové stanice se provádí přímo, „vytočením“ roveru na číslo SIM karty instalované v GMS terminálu této základny. Do roku 2010 byla populární, ale po roce 2010 začali mobilní operátoři tuto službu postupně podporovat a nechali ji na jednom z tarifů pro IoT zařízení.
výhody:
nedostatky:
NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol). Zavedena v září 2004 německou federální agenturou pro kartografii a geodézii (BKG) a katedrou informatiky DUDCS univerzity v Dortmundu. Přenos korekcí ze základnové stanice se provádí prostřednictvím počítače s bílou (statickou) IP adresou, na které je nainstalován speciální software. Popis protokolu definuje 4 základní součásti systému:
Existují přijímače s integrovanou funkcí caster, které mohou poskytovat malý počet roverů (obvykle do 10-30). Zpravidla se instalují napevno připojením k internetu přes router s nastavením přesměrování portů, na kterém je nakonfigurován vysílač a přímou IP adresou.
Existují internetové služby, které poskytují funkci caster s intuitivním nastavením. K práci budete potřebovat vlastní nebo „přátelskou“ základnu s GSM a vlastním roverem a malý poplatek za předplatné (srovnatelný s cenou internetového tarifu mobilního operátora).
výhody:
nedostatky:
Podobné jako NTRIP, ale postrádá řízení toku. Na internetu existuje server podobný HTTP, který je schopen přijímat a odesílat data na jednom nebo více portech bez jakékoli analýzy přenášených informací.
výhody:
nedostatky:
Podobně jako NTRIP, ale korekce jsou přenášeny ze základnové stanice prostřednictvím internetové služby CHC.
výhody:
nedostatky:
Technologie RTK nachází uplatnění ve velkém množství průmyslových odvětví: v geodézii a pozemkovém katastru, stavebnictví, precizním zemědělství, monitorování průmyslových pohyblivých objektů a kapitálových struktur, vysoce přesné navigaci (na zemi, na vodě i ve vzduchu).
Hlavní výhodou režimu je možnost získat souřadnice s přesností až ~ 1 cm v půdorysu a až ~ 1,5 cm na výšku v reálném čase .
RTK nefunguje, když je na základně a na roveru současně viditelných méně než 5 stejných satelitů GPS. Z původních satelitů [29] . Vzhledem k tomu nemůže RTK fungovat v hlubokých kaňonech a také v zastavěných oblastech za přítomnosti odraženého signálu. a stabilní provoz RTK není zaručen dále než 20-30 km od základny (samotná metoda DGPS funguje na malé ploše základny, kvůli přibližně rovnoměrnému stavu atmosféry). [30] [24] [31]
Během geomagnetických bouří nemusí existovat žádné pevné řešení (pevné řešení – všechny fázové nejednoznačnosti jsou vyřešeny – celočíselný počet vlnových délek na lince satelitního přijímače). Vzhledem k tomu, že metoda RTK je založena na fázových měřeních pseudovzdálenosti, a to i za podmínek ideální satelitní viditelnosti a malé vzdálenosti základny-rover.
| Navigační systémy | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satelit |
| ||||||
| Přízemní | |||||||
| Diferenční korekční systémy | |||||||