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

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.

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.