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Zentimetergenaues GPS/GNSS - RTK Erklärt
Einführung in GPS/GNSS auf Zentimeterebene
Denk mal an den GPS/GNSS-Empfänger in deinem Handy oder im Auto: Das ist der sogenannte Standard-GPS- (oder GNSS*)-Empfänger. Standard-GNSS-Empfänger, die heute auf dem Markt erhältlich sind, haben eine Genauigkeit zwischen 2 und 10 Metern, und das nur unter freiem Himmel. Diese Genauigkeit hängt von der Qualität des Herstellers vom GPS-Empfänger ab und davon, ob die Sicht zum Himmel nicht durch Gegenstände oder Gebäude blockiert wird. Unter perfekten Bedingungen ist das Beste, was de also erreichen kannst, eine Genauigkeit von etwa 2 Metern.
*GNSS steht für "Global Navigation Satellite Systems" und umfasst nicht nur GPS, sondern auch andere satellitengestützte Positionierungssysteme wie GLONASS. BEIDOU, Galileo, QZSS…
Interessanterweise, wenn wir 2 GNSS-Empfänger nehmen und sie nebeneinander auf einem offenen Feld platzieren, haben beide den gleichen oben erwähnten 2-Meter-Fehler und diesen in die gleiche Richtung! Dieser Fehler ist als Standard-GNSS-Fehler bekannt. Dank dieser Besonderheit ist es möglich, den relativen Abstand zwischen ihnen mit einer Genauigkeit von 1 cm zu berechnen. Wir haben also immer noch einen absoluten Fehler von 2 Metern, aber eine können eine relative Genauigkeit von 1 Zentimeter berechnen.
Stellen dir nun vor, wir installieren einen der beiden GNSS-Empfänger an einem festen, bekannten Ort mit zentimetergenauer Genauigkeit. Wir haben jetzt sowohl eine absolute Genauigkeit von 1 Zentimeter als auch eine relative Genauigkeit von 1 Zentimeter in der zweiten Einheit! Schau dir dazu dieses 2-Minuten-Video an Einführung in die Zentimeterposition von u-blox.
Diese Technik ist nicht neu. Es ist eine sehr alte Technologie namens Differential GNSS oder RTK GNSS (Real-Time Kinematic bzw. Echtzeitkinematik). Sie ermöglicht seit mehr als 20 Jahren Anwendungen mit einer Genauigkeit von 1 Zentimeter (RTK Position). Bei RTK, nennt man die statische Einheit „Basisstation“ und die bewegliche Einheit „Rover".
Was ist nun neu daran? Früher war dies eine sehr teure Technologie, für die man spezielle Schulungen benötigte.
Allerdings nicht mehr.
Bei ArduSimple versuchen wir, GNSS RTK Technologie so einfach, erschwinglich und für jedermann zugänglich wie möglich zu machen. Mit einer Reihe von Starterkits, Tutorials und OEM-Produkten ermöglichen wir unseren Kunden:
- Die Technologie zu testen, um selbst festzustellen, dass eine Genauigkeit im Zentimeterbereich möglich ist, und zwar zu erschwinglichen Kosten.
- Mit der Plug-and-Play Entwicklungsplatine und den Starterkits ermöglichen wir eine schnellere und einfacher Installation
- Zusätzlicher Service wie unser einzigartiger Technisches Support und auch die Vorkonfiguration und OEM Produkten helfen es direkt einzusteigen.
Aber wie fängst du nun an mit der Zentimetergenauen Positionierung?
Der GNSS RTK Empfänger
Zuallererst brauchen wir einen GNSS-Empfänger, der die RTK Position berechnen kann, zum Beispiel den simpleRTK2B. Ein Standard-GNSS-Empfänger verfügt nicht über genügend Rechenleistung für die RTK-Positions berrechnung.
Zweitens brauchen wir eine sehr gute GNSS-Antenne, wie zum Beispiel die simpleANT2B. Wir können keine traditionelle „billige“ GNSS-Antenne verwenden, da wir ein qualitativ hochwertiges Signal empfangen müssen, damit wir die GNSS-Fehler wirklich messen können. Wichtig ist das wir nicht vergessen das RTK GNSS nur unter freiem Himmel funktioniert. Wenig bringt uns das Gerät also in der Hosentasche oder hinter einem Fenster. Auch die Installation der Antenne wird zu einem wichtigen Thema. Wir empfehlen einen Blick auf unsere RTK Installationsanleitung für GNSS-Antennen.
Das sind nun die 2 Grundelemente für einen RTK Receiver. Und genau dafür haben wir ein ideales Starterkit auf den Markt gebracht: Grundlegendes Starter-Kit:
Wenn es keine RTK Basisstation in deiner Nähe gibt, benötigen wir genau genommen sogar 2 Sets von RTK Empfänger + RTK Antenne, damit ein Set die Basisstation bilden kann und das andere als Rover dient. Das bringt uns auch schon zum nächsten Thema, der RTK Korrekturen.
RTK Korrekturen
RTK Korrekturen sind die von der „Basisstation“ an die „Basisstation“ gesendeten Informationen.Rover“, also die „Rover„kann seine Position anhand der Zentimeterebene berechnen. Die zum Senden dieser Informationen verwendete Sprache/das Protokoll heißt RTCM. Manchmal werden Sie darüber lesen RTK Korrekturen und RTCM-Korrekturen, es ist im Grunde dasselbe. Um dies zu berechnen RTK Um die Position zu bestimmen, müssen beide Empfänger mehr oder weniger die gleichen Satelliten sehen. Aus diesem Grund sind die RTCM-Korrekturen nur bis zu einer Entfernung von 35 km von der Basisstation gültig (manche sagen 25 km, andere 50 km, die genaue Zahl hängt von der Qualität der Antenne und des Empfängers ab). Es ist auch nützlich zu wissen, dass die Korrekturen einer Basisstation von ebenso vielen genutzt werden können rovers wie möglich, solange sie sich innerhalb dieser 35 km-Reichweite von der Basisstation befinden. Das wäre ein Multirover Konfiguration.
Was passiert, wenn Sie über diese 35 km von der Basisstation hinausgehen? Dass es nicht mehr möglich ist, eine Genauigkeit von 1 Zentimeter zu haben, und die Genauigkeit sich sehr schnell auf standardmäßige 2 Meter verschlechtert.
Senden von RTK Korrekturen
RTCM/RTK Korrekturen werden in der Regel einmal pro Sekunde gesendet. Und kann über eine kabelgebundene serielle Kommunikation, eine drahtlose Verbindung oder ein IP-Netzwerk gesendet werden. Schauen wir uns die Unterschiede genauer an.
Kabelgebunden
Bei Einheiten, die sehr nahe beieinander liegen, können wir Kabel verwenden, um sie zu verbinden. Eine serielle Schnittstelle (TTL, RS232) reicht aus.
Wireless
Um größere Entfernungen zu überbrücken, benötigen wir eine drahtlose serielle Kommunikation. Aus diesem Grund haben wir einen Socket (wir nennen ihn XBee-Socket) zu unserem RTK Empfängern hinzugefügt, wodurch eine kabelgebundene oder drahtlose Kommunikation zwischen Basis und hinzugefügt wird rover wäre eine nahezu Plug-and-Play-Aufgabe.
Um es noch einfacher zu machen, haben wir ein paar Starter-Kits entwickelt, um dieses Setup zu testen:
- Bis zu 10 Meter zwischen Basis und rover, kannst du mit 2x machen Grundlegende Starter-Kits.Die im Kit enthaltenen GNSS-Antennen haben 5-Meter-Kabel. Zusätzlich können Sie diesen Abstand auf bis zu 20 Meter (10 Meter auf jeder Seite) erweitern, indem Sie unseren hinzufügen verlustarme HF-Kabel.
- Bis wenige hundert Meter, 1x Kit für mittlere Reichweite (MR).. Dieses Kit erlaubt nur einen rover für jede Basisstation.
- Bis auf wenige Kilometer, 1x Bausatz für lange Reichweite (LR). mit Multirover Fähigkeit.
- Bis zu 50 Kilometer, 1x eXtra lange Reichweite (XLR) Kit auch mit Multirover Fähigkeit.
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MR, LR und XLR radio Links benötigen eine HF-Sichtlinie zwischen Basis und rover um zu arbeiten. Schauen Sie mal vorbei unser Beitrag über visuelle Sichtlinie vs. RF-Sichtlinie um dieses Konzept zu verstehen.
Wenn Sie Probleme haben, die Sichtlinie zwischen der Basis und dem zu gewährleisten rovers, schauen Sie sich diesen Artikel an: Freigeschaltete Funktion: Verwenden Sie Ihr LR/XLR radio als Repeater. Aber Sie werden sehen, dass auch Repeater einige Einschränkungen haben, oder wenn Sie mehrere Basisstationen benötigen, diese Art von radio Technologie ist nichts für Sie. In diesem Fall, oder wenn Sie zufällig sowohl in der Basis als auch in der Basis einen IP-Zugriff haben rover Standorte (Internet oder lokales Netzwerk), RTK Korrekturen können auch über die IP-Kommunikation gesendet werden.
Über ein IP-Netzwerk
In vielen Fällen ist ein IP-Netzwerk verfügbar (WLAN, Ethernet, 4G). Für diese Fälle wurde ein Protokoll entwickelt RTK Korrekturen, genannt NTRIP. Darauf gehen wir im nächsten Abschnitt genauer ein.
Was ist NTRIP?
NTRIP ist eine Sprache/ein Protokoll zum Verteilen RTK Korrekturen über Internet-/lokale Netzwerkdaten-IP-Pakete. Dies ermöglicht eine Erweiterung RTK Netzwerke mit unendlichen Basen und unendlich roverS. Ein Netzwerk mit mehreren NTRIP-Geräten wird als NTRIP-Netzwerk bezeichnet. Es gibt drei mögliche Elemente in einem NTRIP-Netzwerk:
- NTRIP caster. Es ist ein Server, der sammelt RTK Korrekturen von einer oder mehreren Basisstationen und verteilt diese untereinander Rovers.
- NTRIP-Server. Es ist eine einzige körperliche Untersuchung RTK Basisstation. Seine Aufgabe ist das Senden RTK Korrekturen an einem NTRIP Caster, So dass die Caster kann sie an andere Kunden verteilen. In Netzwerken mit nur einer Basisstation ist es durchaus üblich, einen NTRIP-Server+ zu habencaster zusammen. In diesem Fall nur die caster Funktion konfiguriert ist.
- NTRIP-Client. An RTK Empfänger, der empfangen möchte RTK Korrekturen. RTK Rovers sind NTRIP-Clients.
Unsere simpleRTK2B2B-Boards verfügen nicht über IP-Schnittstellen (Ethernet, WLAN usw.) und verstehen das NTRIP-Protokoll nicht. Sie brauchen jemanden von außen, der von NTRIP auf RTCM umstellt und umgekehrt. Aus diesem Grund haben wir eine Reihe von Zubehör entwickelt, um NTRIP in unseren Boards zu ermöglichen:
- Bluetooth: Verbinde deine simpleRTK2B2B-Board über Bluetooth mit Ihrem Mobiltelefon verbinden. Ihr Telefon kann jetzt als NTRIP-Client (aber auch als Server oder) fungieren caster).
- W-Lan: Wenn in Ihrer Nähe ein WLAN-Netzwerk verfügbar ist, schließen Sie das an WiFi NTRIP Master Zubehör und nutzen Sie Ihr Board als NTRIP-Client (aber auch als Server oder sogar Server+).caster).
- 4G NTRIP-Client: Lass dein simpleRTK2B2B-Board wird überall dort zum NTRIP-Client, wo Mobilfunkempfang besteht.
Alternativ können Sie auch Ihre anschließen simpleRTK2BSchließen Sie das 2B-Board über USB an einen PC oder ein Mobiltelefon an und verwenden Sie eine Anwendung auf Ihrem PC oder Mobiltelefon, um diese Konvertierung durchzuführen. Schauen Sie sich unsere an Tutorial, um zu lernen, wie man eine Verbindung zu einem NTRIP herstellt caster.
RTK Korrekturdienste
In einigen Ländern haben die lokalen Behörden bereits ein Netzwerk von Basisstationen mit den entsprechenden NTRIP-Servern installiert und bieten Zugang zu einem NTRIP an caster kostenlos mit nahezu landesweiter Abdeckung. In diesen Fällen ist in der Regel nur ein einfacher Registrierungsprozess erforderlich. Um Ihnen das Leben ein wenig zu erleichtern, haben wir für jedes Land eine Datenbank mit Dienstleistungen zusammengestellt: RTK Korrekturdienste in Ihrem Land.
Wenn Sie das Glück haben, eine zu haben RTK Wenn Sie einen Korrekturdienst in Ihrer Nähe haben, gehören Sie zu den glücklichen Menschen, die mindimum Setup zu verwenden RTK. Sie brauchen nur unser Grundlegendes Starter-Kit und einen PC und verbinden Sie es mit einem der oben genannten NTRIP Casters, im Anschluss an unsere Tutorial zum Herstellen einer Verbindung zu einem NTRIP caster.
Es gibt auch bezahlte RTK Korrekturdienste, in einigen Ländern zu angemessenen Preisen, in anderen zu sehr hohen Preisen.
Wir hoffen, dass Ihnen dies dabei geholfen hat, besser zu verstehen, was wir tun und was Sie für die Verwendung benötigen RTK. Wenn Sie mehr lesen möchten, könnte es für Sie interessant sein, sich unsere anzusehen Tutorials. Wenn Sie nicht finden konnten, wonach Sie gesucht haben, und Sie noch Fragen haben, zögern Sie nicht kontaktieren Sie uns, wir antworten immer!
