Автор:Eric Gakstatter

Темп развития сетей RTK просто поражает — они развёрнуты во многих регионах, и развитие их продолжается. По моему мнению, за последние пять лет две технологические новинки оказали самое сильное влияние на рынки съемки и строительства: machine control (управление строительной техникой на основе высокоточных спутниковых местоопределений) и сети RTK.

В продолжение обзора GNSS Precise Positioning Market Report (Обзор рынка высокоточных ГНСС определений), Rob Lorimer и ваш покорный слуга выпустили дополнительное исследование рынков, озаглавленное GNSS Augmentation and Infrastructure (Дополнения и инфраструктура ГНСС). В дополнение к сетям непрерывно функционирующих опорных станций (CORS), спутниковым системам дополнения (SBAS) и прочим инфраструктурным системам, в нём приводятся данные о сетях RTK, прогнозы развития и тенденции развития технологии. Аннотация обзора доступна по этой ссылке. Сети RTK, безусловно, построения весьма сложные и их сколько-нибудь полное описание заняло бы гораздо больше места, чем доступно в этом бюллетене, в связи с чем ниже обсуждаются только ключевые моменты, известные мне из личного опыта.

Кластеры RTK и сети RTK

Кластером RTK можно назвать набор опорных станций ГНСС, принадлежащих определённой организации и размещённых в ограниченной области. Изначально кластеры снимали необходимость поддержки собственных базовых станций пользователями RTK поправок. Кластеры RTK обеспечивают RTK решение от ближайшей базовой станции рабочего района. Следует напомнить о том, что в получаемый от использования кластера результат эквивалентен работе от единственной, управляемой пользователем, опорной станции. При перемещении пользователя по региону покрытия кластера ближайшую станцию кластера ему приходится выбирать вручную. Точностные характеристики при использовании RTK решения от кластера зависят от удаления от используемой опорной станции аналогично традиционной конфигурации «одна базовая станция — один потребитель», а именно, линейно пропорциональны расстоянию между ними ("ppm error").

Сети RTK также являются набором опорных станций ГНСС, размещённых в определённом районе, но существенным отличием является то, что в процессе формирования поправки (вычисляется центральным сервером сети) используются данные измерений, производимых всеми включёнными в сеть опорными приёмниками. В отличие от кластеров, сети RTK управляются сложным программным обеспечением (например, VRS, SpiderNET/SmartNet или TopNET). Это программное обеспечение позволяет значительно уменьшить упомянутую выше ошибку из-за удаления, вызванную влиянием распространения сигнала в ионосфере, тропосфере и ошибках предсказания эфемеридной информации, степень влияния которых растет при удалении потребителя от базовой станции. В результате, при работе по сети удаление от ближайшей станции является менее значимым фактором, чем при работе в обычном режиме, от единственной базовой станции (или при использовании RTK кластера).

На приведенном ниже рисунке показана простая сеть RTK. Измерительные данные, собираемые опорными станциями, посылаются на центральный сервер, который их обрабатывает и формирует дифференциальные поправки, которые доставляются всем потребителям (абонентам сети). Обычное число одновременно обслуживаемых потребителей — несколько сотен или более.

Схема построения кластера RTK аналогична показанной на рисунке, но центральный сервер в ней отсутствует, и пользователи, соответственно, подключаются не к нему, а к конкретным опорным станциям.

Источник: Trimble Navigation Ltd.

 

National Geodetic Survey (геодезическая служба США) опубликовала последнюю редакцию “User Guidelines For Classical Real-Time GNSS Positioning” («Инструкция по классическому методу ГНСС съемок в реальном масштабе времени») в Сентябре 2008 г. Этот документ весьма полезен для всех пользователей режимов RTK и сетевого RTK. В приложении A приводятся результаты тестирования RTK и сетей RTK, произведённые Vermont Transportation Department в 2006/2007 гг.

Также могу порекомендовать отчёт The Survey Association (UK) и University of New Castle, выполненный по результатам работ, произведённых в 2008 г. В нём содержится анализ экспериментальных данных, показывающих качество сетевого решения. Одним из неочевидных выводов доклада является утверждение о том, что наблюдения по ГЛОНАСС не приводят к улучшению точности RTK определений. Лично я придерживаюсь точки зрения “лишних измерений не бывает”, в том числе и для RTK режима, и мотивирую это тем, что в любом случае улучшается производительность труда (поскольку не приходится прекращать съемку из-за отсутствия необходимого количества спутников). В отношении же повышения точности местоопределения предлагаю отнестись к выводам доклада с определённой долей скептицизма — не утверждаю, что использование ГЛОНАСС увеличивает точность местоопределения, но предлагаю рассмотреть следующий типичный сценарий: при проведении съёмки на опушке леса предпочтительно использование 5-и спутников GPS или сочетания из 5-и спутников GPS и 3-х ГЛОНАСС? Какой из вариантов более точен? Лично я предпочту последний. В самом деле, геодезические работы недопустимо производить без контроля качества их выполнения, а я больше доверяю решению по 8-ми спутникам, чем по пяти — тем более, при работе в непростых условиях (на той же опушке леса).

 

Развитие

До эпохи разворачивания сетей (кластеров) RTK все пользователи были вынуждены устанавливать и эксплуатировать собственные опорные станции. После того, как данная технология была отработана, управленцы осознали временные затраты, потери от возможных ошибок в установке станций, и сопутствующие риски. Следующим (и вполне логичным) шагом стало оборудование постоянно (или «почти» постоянно) функционирующих опорных станций, размещаемых в офисах компаний или на подвижных прицепах. При этом станция оснащается источником бесперебойного питания, что позволяет начать вещание дифференциальных поправок в нужный момент практически мгновенно. При таком подходе риск кражи дорогостоящего оборудования или ошибки при монтаже опорной станции значительно уменьшается.

Постоянно (или «почти» постоянно) функционирующие опорные станции, небольших частных компаний, развертываемые ими для собственных нужд, довольно скоро сменились первыми RTK кластерами, которые управлялись кадастровыми службами или крупными частными компаниями, причём их рабочие зоны покрывали, как правило, густонаселённые районы или города целиком. В качестве среды передачи данных использовались те же радиосредства УКВ диапазона, что и для отдельных базовых станций. Для обеспечения непрерывного покрытия такого рода сети приходится делать весьма плотными, поскольку точность местоопределения зависит от удаления от текущей опорной станции, а радиосредства обладают ограниченным радиусом действия.

Переход от кластеров к сетям RTK позволили совершить две технологические новинки:
Во-первых, за последние пять лет очень сильно развились сети сотовой телефонии, что позволило преодолеть ограничения по дальности, накладываемые УКВ радиосредствами. С помощью сотового модема возможно подключение к серверу сети, расположенной но удалении тысяч километров. Понятно, что с практической точки зрения это занятие бессмысленное (формируемые сетью поправки совершенно не соответствуют наблюдаемым моим приёмником условиям), но этим фактом я хочу подчеркнуть то, что телекоммуникационные технологии развились очень сильно. Безусловно, сотовые сети доступны не во всех районах, в которых проводятся съемки и строительные работы, но, тем не менее, покрытие довольно плотное, а для работы в проблемных зонах развиваются новые технологии, например, "RTK bridge" ("RTK мостики").
Во-вторых, фирмы-производители ГНСС оборудования, например Trimble, Leica и Topcon, начали разработку сложных пакетов программного обеспечения сетевого режима RTK, предназначенных для улучшения точности и надёжности местоопределения во всей зоне покрытия RTK сети, слабо зависящих от расстояния до ближайшей станции сети.

 

Владельцы сетей и кластеров

По всему миру насчитываются сотни (а может быть, общее число превышает тысячу) RTK сетей и кластеров. Темп их развития поражает. Здесь я сделаю весьма сильное утверждение: в настоящее время все системы, разворачиваемые для RTK съемки и строительства – сети RTK. Например, кадастровые службы, дилеры оборудования для съемки, кооперативы и даже фирмы-производители ГНСС оборудования разворачивают и эксплуатируют сети RTK.

Ниже приведены примеры RTK сетей:
Ordnance Survey (Великобритания)
Can-Net (Канада)
ORGN (США)
Geotop (Италия)

Кластеры RTK по-прежнему существуют. На самом деле, они очень распространены на рынке сельскохозяйственных применений. Имеются огромные кластеры RTK, эксплуатируемые сельскохозяйственными кооперативами и дилерами сельскохозяйственного оборудования, при этом основным фактором, препятствующим распространению сетей RTK на этом рынке – стоимость. Сеть RTK во много крат дороже и более сложна в разворачивании и эксплуатации по сравнению с кластерами RTK. Фермеры менее склонны оплачивать дорогостоящую подписку сетей RTK.

Примеры кластеров RTK:
Tri-State RTK (США)
South Plains Precision Ag (США)

В подавляющем большинстве случаев RTK системы сельскохозяйственного назначения и ориентированные на съемку/строительные работы являются независимыми, что весьма удивительно – зачастую сети RTK и кластеры покрывают ту же территорию.

В редких случаях оператор сети RTK предоставляет услуги на обеих рынках, например:
eGPS Solutions (США)

 

Стоимость подписки

Каковы расценки подписки на услуги RTK сетей и кластеров?

Стоимость варьируется в широких пределах. Если сеть RTK профинансирована государством, во многих случаях оплата за предоставляемые данные не взимается, и пользователь оплачивает исключительно услуги сотового оператора.

Если сеть эксплуатируется дилером оборудования для съёмки, стоимость может достигать до 500 долларов США ежемесячно за каждый приёмник-потребитель данных. Стоимость подписки на услуги кластеров RTK обычно ниже, чем для RTK сетей… порядка 1500 долларов США в год.

 

Перспективы развития

Обсуждаемая технология развивается и стремительно распространяется по всему миру. Отдельные страны, например Хорватия и Турция проинвестировали создание RTK сетей национального масштаба.

Я полагаю, что основой высокоточного местоопределения в будущем станут сети RTK, они заменят кластеры (или кластеры будут развиты до сетей) – и в них масса преимуществ. Интересно будет наблюдать за динамикой изменения цен на подписку, а также за конкуренцией между частными и государственными сетями. Как я и писал в самом начале статьи, предмет весьма сложный и, конечно, освещён здесь весьма поверхностно – моей задачей было описание самых основ.


Назад к списку новостей