SIECI RTK - PRZYSZŁOŚĆ Dziesięć lat temu, zwykłe pomiary RTK wymagały dwóch odbiorników GPS (bazowy i ruchomy), dużo kabli i baterii, dwóch radiomodemów, statywu, oraz tyczki i plecaka do noszenia tego wszystkiego. Dzisiaj można wybierać pomiędzy odbiornikami GPS lub GNSS, i, radiomodemem lub telefonem komórkowym. Potrzeba tylko kilku baterii, bez żadnych kabli, wszystko jest zamocowane na tyczce. Teraz właśnie, wraz z założeniem sieci RTK (jak ASG-EUPOS), można także wybrać pomiar odbiornikiem ruchomym RTK wewnątrz takiej sieci zamiast ustawiania swojej stacji bazowej. Sieci RTK będą tematem tego I dwóch kolejnych Newsletters firmy Leica Geosystems. Zarys treści każdego Newsletter podano poniżej. Newsletter 52 Wprowadzenie: Wprowadzenie do tematu sieci RTK, krótki opis ich funkcjonowania w porównaniu do pojedynczej stacji bazowej RTK, oraz podkreślenie korzyści ekonomicznych płynących z użycia sieci RTK. Newsletter 53 Różne metody: Opisano różne zasady funkcjonowania sieci RTK istniejące na rynku (FKP, MAX, Virtual Reference Station itp), oraz wady i zalety każdej z nich. Porusza problemy odtwarzalności drogi rozwiązania i używania metod własnych (firmowych) oraz zestandaryzowanych. Newsletter 54 Przykłady studialne: Opisuje I omawia kilka przykładów różnych metod stosowanych w sieciach RTK. Porusza sprawy Includes the issues of accuracy, repeatability and reliability. SIECI RTK - WPROWADZENIE Sieci RTK, są to sieci permanentnch stacji GPS i/lub GNSS, których połączone dane służą do generowania poprawek dla odbiornika ruchomego poprawki te zwane są poprawkami sieciowymi. Dziś, sieci RTK pracują w wielu krajach, żeby wymienić choćby Niemcy, Hiszpanię, Honk Kong, częściowo również Ameryka i Australia. W Polsce sieć taka jest obecnie zakładana ASG- EUPOS Sieci RTK mogą składać się z kilku stacji lub nawet kilkudziesięciu i obejmować działaniem cały kraj jak np. ASG-EUPOS (www.asgeupos.gov.pl) (rys. 1). Użytkownik łączy się z siecią RTK, w celu odbierania poprawek dla odbiornika ruchomego, zamiast korzystać z własnej stacji bazowej. Poprawki taki mogą być generowane za pomocą kilku metod Poprawki Master-Auxiliary (MAX), Indywidualne poprawki MAX (i-max), Virtual Reference Station (VRS) i Flächen-Korrektur- Parameter (FKP) więcej informacji o tych metodach w następnym newsletterze. Uwaga: System 1200 obsługuje wszystkie ww metody. Rys 1: Stan realizacji ASG-EUPOS Ale zanim o szczegółach najpierw opiszemy czym właściwie jest sieć RTK. Najprostszym sposobem na wyjaśnienie jest porównanie z pojedynczą stacją referencyjną. POJEDYNCZA STACJA REFERENCYJNA RTK Tradycyjnie odbiornik ruchomy RTK odbiera poprawki z pojedynczej stacji referencyjnej. Stacja może być zainstalowana na stałe (np. na dachu biura), lub tymczasowo rozstawiana w terenie. W obu przypadkach idea jest ta sama. ZASADA DZIAŁANIA Zasadą działania pojedynczej stacji referencyjnej jest: 1. Ustawienie nad punktem o znanych współrzędnych; i 2. Wysyłanie poprawek do odbiornika ruchomego za pomocą połączenia radiowego lub GSM (Rys. 2). BU Surveying 1 of 5
Stacja ref. Odbiornik ruchomy Poprawki RTK nawet do braku możliwości obliczenia pozycji RTK. SIEĆ RTK Rys. 2. Idea działania z pojedynczą stacją referencyjną O trzech rzeczach należy pamiętać rozpatrując współpracę stacji bazowej i odbiornika ruchomego: 1. Obydwa odbiorniki GPS/GNSS obserwują wspólny układ satelitów. 2. Stacja referencyjna wysyła do odbiornika ruchomego swoją pozycję i obserwacje satelitów. 3. Odbiornik ruchomy łączy obserwacje stacji ze swoimi w celu obliczenia pozycji RTK. Pozycja obliczana jest w oparciu o algorytmy RTK, taki jak SmartRTK w systemie 1200. Współczesne rozwiązania zastosowane w algorytmie SmartRTK pozwalają na poprawne i wysoko dokładne pomiary RTK w odległościach nawet do 50 od stacji referencyjnej. ZALETY Pojedyncza stacja referencyjna posiada zalety: - Zasady są względnie proste i dość dobrze rozumiane. - Identyfikacja stacji odbywa się poprzez ustawienie na punkcie o znanych współrzędnych, a wszystkie obliczenia wykonuje odbiornik ruchomy. WADY Niemniej jednak, posiada również wady: - Koszt zakupu stacji referencyjnej. - Czas niezbędny do jej ustawienia. - Wraz ze wzrostem odległości między stacją a odbiornikiem ruchomym, spada również dokładność określenia położenia. Spadek dokładności związany jest z czynnikami, na które wpływ ma odległość głównie chodzi tutaj o wpływ atmosfery. W skrócie wraz ze wzrostem odległości pomiędzy odbiornikami warunki atmosferyczne dla obu zaczynają się różnić. Powoduje to obniżenie dokładności a Sieć RTK wymaga połączenia minimum 5 odbiorników (maksimum nie ma). Odległości między stacjami mogą sięgać 70. Stacje takie są zazwyczaj instalowane na stałe, na dachach budynków, czy masztach. ZASADA DZIAŁANIA Ideą działania sieci jest wspólna praca wszystkich stacji wysyłanie obserwacji na bieżącą do jednego serwera, obsługiwanego przez oprogramowanie sieciowe RTK, takie jak np. Leica GNSS Spider. Głównym celem działania Sieci RTK jest zniwelowanie wpływu błędów spowodowanych odległością na dokładność określenia położenia odbiornika ruchomego. Oprogramowanie serwera sieci RTK rozpoczyna ten proces od: 1. Rozwiązania nieoznaczoności satelitów (obserwowanych przez stacje referencyjne należące do sieci) ; i 2. Użycia danych ze wszystkich (lub części) stacji do wygenerowania poprawki wysyłanej do odbiornika ruchomego (Rys. 3). Software -Fixing network ambiguities -Preparing data for sending out Network RTK Server e.g. Leica GNSS Spider Rys. 3. Zasada działania sieci RTK Odbiornik ruchomy łączy się z siecią RTK za pomocą łącza jedno- lub dwukierunkowego (radiowego, GSM lub przez połączenie z internetem). Po otrzymaniu danych RTK odbiornik oblicza swoją pozycję. Który algorytm wykorzystuje odbiornik I jak są niwelowane błędy spowodowane odległością zależy od metody zastosowanej przez sieć RTK. Wspomnieliśmy wcześniej o MAX, FKP i Virtual Reference Station jako przykładach metod w jaki błędy są minimalizowane lub modelowane na różne sposoby. Zależnie od metody modelowanie to jest wykonywane przez serwer sieci lub BU Surveying 2 of 5
przez odbiornik. Tak więc współpraca Sieci RTK i odbiornika jest inna dla każdej z metod. Prowadzić to może do różnic w jakości, dokładności i pewności pomiaru dla odbiornika ruchomego. Temat ten będzie rozwinięty w następnych dwóch newsletterach. ZALETY SIECI RTK Podsumowując można wymienić następujące zalety Sieci: - Nie ma potrzeby ustawiania stacji referencyjnej - Dokładności określenia pozycji przez odbiornik ruchomy są mniej więcej jednakowa niezależnie od odległości od stacji składowych Sieci. - Dokładność jest utrzymana na większych odległościach niż przy zastosowaniu pojedynczej stacji. - Ten sam obszar może być pokryty przy zastosowaniu mniejszej ilości stacji. - Większa niezawodność I dostępność poprawek (jeśli jedna stacja przestaje działać, jej obowiązki przejmuje inna). WADY SIECI RTK Wadami Sieci RTK są: - Koszt odbioru poprawek Mamy więc ogólny zarys idei działania Sieci RTK podstawowym pytaniem pozostaje : Czy to się opłaca? Koszt odbioru poprawek dla jednej roboty to około 20 Funtów. (Pozostaje jeszcze koszt połączenia z internetem, ale przy obecnych taryfach telemetrycznych jest on pomijalnie mały). Więc pytanie dla geodety w Anglii brzmi: Czy oszczędzić 20 Funtów na jednej robocie zakupując własną stację referencyjną? Po pierwsze oszczędza czas strawiony na: - Poszukiwaniu punktu osnowy do ustawienia stacji. - Zorganizowanie zasilania dla stacji. - Podróży do lokalizacji stacji, co nie zawsze jest miejscem łatwo dostępnym I bliskim. - Ustawienie stacji referencyjnej. - Zabezpieczenie stacji przed kradzieżą czy uszkodzeniem. - Pakowanie stacji po zakończonej pracy. Po drugie, oszczędność pieniędzy; nie musi nabywać: - Stacji referencyjnej. - Akcesoriów (baterii, statywów itp. ) - Koszt związany z czynnościami wymienionymi wyżej. Po trzecie: - Zminimalizowanie błędów spowodowanych przez złe ustawienie stacji, itp. - Mniej sprzętu do transportu. Lista jest niewątpliwie dłuższa, wymieniliśmy jedynie najważniejsze punkty. Spójrzmy jeszcze na przykład: SIECI RTK CZY TO SIĘ OPŁACA? Rozważmy pracę geodety na przykładzie sieci SmartNET w Anglii. Leica UK oferuje nieograniczony dostęp do poprawek sieciowych za sumę 2 000 Funtów rocznie. Oznacza to, że geodeta może odbierać poprawki w dowolnym miejscy Anglii i o dowolnej porze. Bez potrzeby ustawiania własnej stacji referencyjnej. 2 000 Funtów to niemałą kwota. Ale zakładając, że geodeta wykonuje 2-3 roboty tygodniowo, przy 40 tygodniach rocznie używając sieci RTK daje to około 100 robót rocznie. PRZYKŁAD UŻYWANIE SIECI RTK Przykład opisuje pracę dwóch geodetów: geodety A I Geodety B. Obaj mają te same dwa zadania do wykonania, zadanie 1 i zadanie 2. Każde zadanie zajmuje ok. 30 minut na przejście całego zadanego terenu i pomierzenie zadanej ilości punktów. Miejsca wykonani robót są od siebie oddalone o. GEODETA A Geodeta A używa odbiornika GPS 1200 i telefonu GSM do połączenia z siecią. Kroki, które wykonuje Geodeta A w celu wykonania zadania 1. (Rys. 4): BU Surveying 3 of 5
1. Dojazd na teren zadania 1. 2. Złożenie odbiornika ruchomego. 3. Podłączenie do sieci SmartNet aby uzyskać poprawki. 4. Wykonanie pomiaru na zadanych punktach 5. Rozłączenie się z siecią SmartNet. 6. Spakowanie odbiornika ruchomego. GPS1200 (SmartRTK) MAX 5. Dojazd się na teren roboty. 6. Złożenie odbiornika ruchomego. 7. Podłączenie się do stacji referencyjnej. 8. Pomiar zadanych punktów. 9. Spakowanie odbiornika ruchomego. 10. Powrót do stacji referencyjnej. 11. Ponowny pomiar wysokości stacji. 12. Spakowanie stacji referencyjnej. Leica GNSS Spider Rys 4:Geodeta A wykonuje zadanie1 Geodeta A powtarza czynności od 1 do 6 w miejscu zadania 2. (Rys. 2.) następnie jedzie do biura. GPS1200 (SmartRTK) MAX Leica GNSS Spider Rys. 6: Geodeta B wykonuje zadanie 1 Geodeta B musi następnie wykonać ponownie czynności od 1 do 12 dla zadania 2. (Rys 7.) Następnie jedzie do biura. GEODETA B Rys. 5: Geodeta A wykonuje zadanie 2. Geodeta B używa zestawu odbiorników RTK Stacji bazowej i odbiornika ruchomego połączonych za pomocą GSM. Geodeta B wykonuje następujące czynności by wykonać zadanie 1 (Rys. 6): 1. Dojazd na teren zadania 1. 2. Ustawienie stacji bazowej na punkcie o znanych współrzędnych, który może, choć nie musi znajdować się blisko tereny, na którym wykonuje zadanie. 3. Pomiar wysokości stacji referencyjnej. 4. Uruchomienie nadawania poprawek przez stację. Rys. 7. Geodeta B wykonuje zadanie 2 Geodeta B może również zdecydować się na pozostawienie stacji referencyjnej przy pierwszym zadaniu, jednak musi mieć na uwadze, pogorszenie dokładności oraz sposób zabezpieczenia stacji przed kradzieżą. (Rys. 8) Rys. 8: Geodeta B wykonuje oba zadania przy stacji ustawionej w pobliżu terenu zadania 1 Dodatkowo Geodeta B będzie musiał po zakończeniu zadania 2 wrócić po stację bazową. BU Surveying 4 of 5
PODSUMOWANIE System 1200 Newsletter Nr 52 Dzięki brakowi własnej stacji referencyjnej Geodeta A ma znacznie mniej pracy niż geodeta B. Dodatkowo unika potencjalnego ryzyka związanego z: - Zasilaniem stacji referencyjnej i jej radia. - Zmianą położenia stacji (wiatr, ruch uliczny lub złodziej). Geodeta B może dwukrotnie rozstawiać stację, lub pozostawić ją w jednym miejscu, kosztem dokładności pomiaru. Geodeta A nie poświęcając czasu czy dokładności łącząc się z siecią SmartNET zachowuje jednakową dokładność pomiaru na obu robotach. PAMIĘTAJ - Bez potrzeby rozstawiania włąsnej stacji referencyjnej oszczędzasz czas i pieniądze zarówno w terenie jak i w biurze. - Sieci RTK są coraz instalowane w coraz większej ilości krajów. Aby dowiedzieć się więcej na temat Sieci ASG-EUPOS skontaktuj się ze Swoim przedstawicielem Leica Geosystems. - Więcej o sieciach RTK pod adresem: http://www.leica-geosystems.com /corporate/en/products/gps_systems /lgs_4229.htm - Następny newsletter opisywał będzie szczegóły różnych metod dystrybucji poprawek RTK: MAX, i-max, FKP i Virtual Reference Station (VRS). Jeśli chciałbyś aby newsletter poruszył jakiś konkretny problem skontaktuj się z przedstawicielem Leica Geosystems. Czekamy na wszelkie sugestie dotyczące Systemu 1200. Zarówno tachimetrów jak i GPS. Aplikacji wewnętrznych i oprogramowania LGO. BU Surveying 5 of 5