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Zentimetergenaues GPS/GNSS – RTK erklärt
Einführung in GPS/GNSS auf Zentimeterebene
Denken Sie an den GPS/GNSS-Empfänger in Ihrem Mobiltelefon oder in Ihrem Auto: Dies 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 nur unter Außenbedingungen. Diese Genauigkeit hängt von der Qualität des Herstellers des GPS-Empfängers ab und davon, ob die Sicht zum Himmel nicht durch Gegenstände oder Gebäude blockiert wird. Unter perfekten Bedingungen Das Beste, was Sie erreichen können, ist eine absolute Genauigkeit von etwa 2 Metern.
*GNSS steht für Global Navigation Satellite Systems und umfasst nicht nur GPS, sondern auch andere satellitengestützte Ortungssysteme 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 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 relative Genauigkeit von nur 1 Zentimeter.
Stellen Sie sich jetzt 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! Schauen Sie sich dieses sehr gute 2-Minuten-Video an Einführung in die Zentimeterposition von u-blox.
Aber diese Technik ist nicht neu. Dies ist eine sehr alte Technologie namens Differential GNSS oder RTK GNSS (Real-Time Kinematic), die seit mehr als 20 Jahren zivile Anwendungen mit einer Genauigkeit von 1 Zentimeter (RTK-Position) ermöglicht. Im RTK-Wortlaut wird die statische Einheit „Basisstation“ und die bewegliche Einheit „Rover“ genannt.
"So was ist neu? Ich habe auch gehört, dass es sich um eine sehr teure Technologie handelt und dass Sie eine Schulung benötigen, um sie richtig zu verwenden?“
"Nicht mehr :)"
At ArduSimple Wir versuchen, die GNSS-RTK-Technologie einfach, erschwinglich und für jedermann zugänglich zu machen. Mit einer Reihe von Starter-Kits, Tutorials und OEM-Produkten ermöglichen wir unseren Kunden:
- Testen Sie die Technologie und glauben Sie, dass es möglich ist, eine Genauigkeit im Zentimeterbereich zu erschwinglichen Kosten zu erreichen.
- Beschleunigen Sie ihre Projekte und Produkte dank unserer Plug-and-Play-Entwicklungsplatinen und Starterkits.
- Erstellen Sie Produkte und Lösungen dank unseres Supports, schlüsselfertigen Services und vorkonfigurierten OEM-Produkten.
"Also, wie kann ich anfangen?"
Der GNSS-RTK-Empfänger
Zuerst brauchen wir einen GNSS-Empfänger, der RTK-Positionen berechnen kann, wie z simpleRTK2B Planke. Ein Standard-GNSS-Empfänger hat nicht genug Rechenleistung für RTK.
Zweitens brauchen wir ein sehr gutes GNSS antenna, so einfachANT2B. Wir können kein herkömmliches „billiges“ GNSS verwenden antenna, weil wir ein qualitativ hochwertiges Signal benötigen, damit wir die GNSS-Fehler wirklich messen können. Darüber hinaus müssen wir die Verwendung des RTK-GNSS in unserer Tasche oder neben dem Fenster vergessen: RTK-GNSS funktioniert nur bei freier Sicht auf den Himmel. Installation der antAuch Enna wird zum Important Thema. Wir empfehlen einen Blick auf unsere RTK GNSS antEnnas-Installationsanleitung.
Nachdem wir nun die 2 Grundelemente eines RTK-Empfängers kennen, kennen Sie auch den Grund, warum wir unseren auf den Markt gebracht haben Grundlegendes Starter-Kit:
Sofern wir in Ihrer Nähe keine RTK-Basisstation haben, benötigen wir tatsächlich zwei Sätze RTK-Empfänger + RTK antenna, sodass eines der Sets als „Basisstation“ und das zweite als „Rover“ verwendet werden kann. Damit sind wir beim Thema RTK-Korrekturen.
RTK-Korrekturen
RTK-Korrekturen sind die von der „Basisstation“ an den „Rover“ gesendeten Informationen, sodass der „Rover“ seine Position auf Zentimeterebene berechnen kann. Die zum Senden dieser Informationen verwendete Sprache/das Protokoll heißt RTCM. Sie werden also über RTK-Korrekturen und RTCM-Korrekturen lesen, im Grunde ist es dasselbe. Um diese RTK-Position zu berechnen, 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 Leute sagen 25 km, andere 50 km, die genaue Zahl hängt davon ab). antEnna- und Receiver-Qualität). Es ist auch nützlich zu wissen, dass die Korrekturen einer Basisstation von möglichst vielen Rovern genutzt werden können, solange sie sich innerhalb dieser 35-km-Reichweite von der Basisstation befinden. Dies wäre ein Multirover-Setup.
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 normalerweise einmal pro Sekunde gesendet. Und kann über eine kabelgebundene serielle Kommunikation, eine drahtlose Verbindung oder ein IP-Netzwerk gesendet werden. Lassen Sie uns die Unterschiede genauer untersuchen.
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 unseren RTK-Empfängern einen Socket (wir nennen ihn XBee-Socket) hinzugefügt, sodass das Hinzufügen einer kabelgebundenen oder drahtlosen Kommunikation zwischen Basis und Rover eine fast Plug-and-Play-Aufgabe wäre.
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 schaffen Sie mit 2x Grundlegende Starter-Kits.Das GNSS antDie im Kit enthaltenen Ennas verfügen über 5 Meter lange 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) Bausatz auch mit Multirover-Fähigkeit.
MR, LR und XLR radio Damit die Verbindungen funktionieren, ist eine RF-Sichtverbindung zwischen Basis und Rover erforderlich. Schauen Sie mal rein unser Beitrag über visuelle Sichtlinie vs. RF-Sichtlinie um dieses Konzept zu verstehen.
Wenn du want Sie benötigen mehrere Basisstationen, um ein größeres Gebiet abzudecken, oder haben Probleme mit der Überwachungantee-Sichtlinie zwischen der Basis und den Rovern, der oben genannte Punkt ist mehrpunktig radio Kommunikation ist für Sie keine Option. In diesem Fall, oder wenn Sie zufällig IP-Zugang sowohl an Basis- als auch an Rover-Standorten (Internet oder lokales Netzwerk) haben, können RTK-Korrekturen auch über IP-Kommunikation gesendet werden.
Über ein IP-Netzwerk
In vielen Fällen ist ein IP-Netzwerk verfügbar (WiFi, Ethernet, 4G). Für diese Fälle wurde ein Protokoll zur Verteilung von RTK-Korrekturen namens NTRIP entwickelt. Darauf werden wir im nächsten Kapitel genauer eingehen.
Was ist NTRIP?
NTRIP ist eine Sprache/ein Protokoll zur Verteilung von RTK-Korrekturen über Internet-/lokale Netzwerkdaten-IP-Pakete. Dies ermöglicht die Erweiterung von RTK-Netzwerken mit unendlichen Basen und unendlichen Rovern. Ein Netzwerk mit mehreren NTRIP-Geräten wird als NTRIP-Netzwerk bezeichnet. Es gibt 3 mögliche Elemente in einem NTRIP-Netzwerk:
- NTRIP-Caster. Es ist ein Server, der RTK-Korrekturen von einer oder mehreren Basisstationen sammelt und sie an die Rover verteilt.
- NTRIP-Server. Es ist eine einzelne physische RTK-Basisstation. Seine Aufgabe besteht darin, RTK-Korrekturen an einen NTRIP-Caster zu senden, damit der Caster sie an andere Clients verteilen kann. In Netzwerken mit nur einer Basisstation ist es durchaus üblich, einen NTRIP-Server und einen Caster zusammen zu haben. In diesem Fall wird nur die Nachlauffunktion konfiguriert.
- NTRIP-Client. Ein RTK-Empfänger, der wants, um RTK-Korrekturen zu empfangen. RTK Rovers sind NTRIP-Kunden.
Unsere simpleRTK2B-Boards haben keine IP-Schnittstellen (Ethernet, WLAN usw.) und verstehen das NTRIP-Protokoll nicht. Sie brauchen jemanden außerhalb, der von NTRIP zu RTCM und umgekehrt konvertiert. Aus diesem Grund haben wir eine Reihe von Zubehör entwickelt, um NTRIP in unseren Boards zu ermöglichen:
- Bluetooth: Verbinden Sie Ihr simpleRTK2B-Board über Bluetooth mit Ihrem Mobiltelefon. Ihr Telefon kann jetzt als NTRIP-Client (aber auch als Server oder Caster) fungieren.
- 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: Lassen Sie Ihr simpleRTK2B-Board überall dort zu einem NTRIP-Client werden, wo Mobilfunkabdeckung besteht.
Alternativ können Sie Ihr simpleRTK2B-Board auch über USB mit einem PC oder Mobiltelefon verbinden und eine Anwendung in Ihrem PC oder Mobiltelefon verwenden, um diese Konvertierung durchzuführen. Schauen Sie sich unsere an Tutorial, um zu lernen, wie man eine Verbindung zu einem NTRIP-Caster herstellt.
RTK-Korrekturdienste
In einigen Ländern haben die lokalen Behörden bereits ein Netzwerk von Basisstationen mit ihren entsprechenden NTRIP-Servern installiert und bieten kostenlosen Zugang zu einem NTRIP-Caster mit nahezu landesweiter Abdeckung. In diesen Fällen ist in der Regel nur eine grundlegende Registrierung erforderlich.
Es gibt auch die www.rtk2go.com Gemeinschaft von Benutzern, die kostenlos ihre Basisstationen online teilen, ohne Dienstgüte. Sie können die Liste hier überprüfen: http://monitor.use-snip.com/?hostUrl=rtk2go.com&port=2101
Wenn Sie das Glück haben, einen RTK-Korrekturdienst in Ihrer Nähe zu haben, gehören Sie zu den Glücklichen, die nur eine minimale Einrichtung benötigen, um RTK zu verwenden. Sie brauchen nur unsere Grundlegendes Starter-Kit und einen PC und stellen Sie eine Verbindung zu einem der oben genannten NTRIP-Caster her, indem Sie unserem folgen Tutorial zum Verbinden mit einem NTRIP-Caster.
Es gibt auch kostenpflichtige RTK-Korrekturdienste, in einigen Ländern zu günstigen Preisen, in anderen zu sehr hohen Preisen.
Empfänger mit integrierten RTK-SSR-Korrekturen
Base-Rover-Setups und traditionelle RTK-Korrekturdienste (auch OSR genannt) haben eine Einschränkung, dass Sie eine Basisstation in maximal 35 km Entfernung vom Rover benötigen. Aus diesem Grund ist es auch so teuer, einen RTK-Korrekturdienst mit einer großen und guten Abdeckung anzubieten. Es gibt eine alternative Technologie zur Berechnung der Echtzeit-RTK-Position, die diese Einschränkung beseitigt und dennoch eine Genauigkeit von 2 bis 4 Zentimetern im gesamten Abdeckungsbereich ermöglicht. Es heißt SSR-Technologie (Space State Representations).
Der Zugang zu dieser Technologie war traditionell komplex und nur für große Unternehmen verfügbar, die Tausende von Einheiten kauften. Aus diesem Grund bei ArduSimple Wir entschieden uns für den Start simpleSSR-Empfänger um diese Technologie für alle verfügbar zu machen: Ein Zubehör für simpleRTK2B-Boards, das SSR-Korrekturdienste integriert.
simpleSSR-Zubehör beseitigt den Aufwand, eine Basisstation zu installieren oder einen Vertrag für einen RTK-Korrekturdienst abzuschließen, und ermöglicht buchstäblich Plug-and-Play-RTK: Schalten Sie einfach den RTK-Empfänger mit simpleSSR-Zubehör ein, warten Sie 1-2 Minuten und genießen Sie die zentimetergenaue Genauigkeit Abdeckungsbereich.
Wir hoffen, dass Ihnen dies dabei geholfen hat, besser zu verstehen, was wir tun und was Sie für den Einstieg in die Nutzung von RTK benötigen. Wenn du want Wenn Sie mehr erfahren möchten, schauen Sie sich vielleicht unsere an TutorialsOder unsere Q&A-Forum. Wenn Sie nicht finden konnten, wonach Sie gesucht haben, und Sie noch Fragen haben, zögern Sie nicht Kontaktiere uns, wir antworten immer!
