badanie dokładności precyzyjnego pozycjonowania gnss w czasie

badanie dokładności precyzyjnego pozycjonowania gnss w czasie

UNIWERSYTET ROLNICZY
im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
Wydział Inżynierii Środowiska
i Geodezji
Katedra Geodezji
BADANIE DOKŁADNOŚCI PRECYZYJNEGO POZYCJONOWANIA GNSS
W CZASIE RZECZYWISTYM ZA POMOCĄ TECHNOLOGII RTX XFILL
Zbigniew Siejka
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Katedra Geodezji
[email protected]
ANALIZA DOKŁADNOŚCI UZYSKANYCH WYNIKÓW POMIARÓW
1. Rozkład błędów prawdziwych podczas przejścia z rozwiązania RTN (VRS) do RTK xFill
1000
900
900
800
800
700
700
1100
1000
1000
900
900
800
800
700
700
1100
1000
1000
900
900
800
800
700
700
17:21:07
17:19:41
17:18:14
17:16:48
17:15:22
17:13:55
0.060
0.055
0.050
0.045
0.040
0.035
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
-0.005
0.035
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
-0.005
-0.010
0.110
0.100
0.090
0.080
0.070
0.060
0.050
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
-0.010
-0.020
-0.030
-0.040
-0.050
-0.060
-0.110
0.110
0.100
0.090
0.080
0.070
0.060
0.050
0.040
0.030
0.020
0
0.010
100
0
0.000
200
100
-0.010
200
-0.020
300
-0.030
300
-0.040
400
-0.070
500
400
-0.050
vH
600
-0.080
500
-0.090
600
-0.100
Liczba obs.
1100
-0.060
-0.010
Histogram:
1200
-0.070
17:12:29
17:09:36
vH
1200
-0.080
-0.015
-0.040
0.035
0.030
0.025
0.020
-0.005
0.015
0
0.010
100
0
0.005
100
0.000
200
-0.010
200
-0.015
300
-0.020
300
-0.025
400
-0.030
400
-0.020
500
-0.025
500
vy
600
-0.030
600
-0.035
Liczba obs.
1100
-0.035
-0.015
Histogram:
1200
-0.090
-0.020
vy
1200
-0.100
-0.025
-0.050
0.060
0.055
0.050
0.045
0.040
0.035
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
-0.005
0
-0.010
100
0
-0.015
100
-0.020
200
-0.025
200
-0.030
300
-0.035
300
-0.040
400
-0.050
400
-0.030
500
-0.035
500
vx
600
-0.040
600
-0.045
Liczba obs.
1000
-0.040
1. W pierwszej kolejności uruchamiano pomiar
ciągły w czasie rzeczywistym w oparciu o podstawowy strumień korekcji powierzchniowej RTN
z poprawkami pochodzącymi z lokalnej naziemnej sieci stacji referencyjnych (ASG-EUPOS podsieć śląsk-małopolska). Pomiar ten trwał 5 minut, w tym czasie w interwale 5 sekundowym
wykonanych zostawało około 60 pomiarów.
17:11:02
ΔH
17:21:07
17:19:41
17:18:14
17:16:48
17:15:22
17:13:55
17:12:29
17:11:02
17:09:36
Δy
17:21:07
17:19:41
17:18:14
17:16:48
1100
-0.110
Eksperyment badawczy polegał na:
Zestawienie błędów pomiarowych uzyskanych na podstawie rozwiązania RTN (VRS)
Współrzędna
Błąd średni prawdziwy
pojedynczego pomiaru
współrzędnej
(
2. Następnie arbitralnie przerywano dostarczanie strumienia korekcji podstawowej RTN (VRS)
a w tym samym czasie odbiornik Trimble R10
przełączał się automatycznie na funkcję „xFill”,
która wypełniała lukę spowodowaną brakiem
strumienia korekcji podstawowej. Dzięki temu
pomiar RTK trwał kolejne 5 minut po czym następowało automatyczne zatrzymanie pomiarów.
Zrealizowano w ten sposób 48 sesji pomiarowych.
GPRS
17:15:22
1100
-0.045
Liczba obs.
Liczba obs.
Liczba obs.
REALIZACJA POMIARÓW TESTOWYCH
Histogram:
1200
Histogram:
Rys.1. Ogólny schemat budowy i działania systemu CenterPoint RTX
1
Rozkład błędów pozornych wyznaczenia
współrzędnych: x, y, H w rozwiązaniu RTK xFill
1200
Histogram:
5. Użytkownicy systemu wyposażeni w odpowiednie
odbiorniki
GNSS
2
Czas pomiaru
Histogram: v x
2. Centra operacyjne rozmieszczone w różnych miejscach na Ziemi
0.070
0.065
0.060
0.055
0.050
0.045
0.040
0.035
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
-0.005
-0.010
-0.015
-0.020
-0.025
-0.030
Czas pomiaru
Rozkład błędów pozornych wyznaczenia
współrzędnych: x, y, H w rozwiązaniu RTN
1. Sieć stacji monitorujących rozproszonych na całym globie ziemskim, połączonych
ze sobą poprzez
specjalne łącza
4. Satelity retransmitujące korekcje w kierunku Ziemi
0.070
0.065
0.060
0.055
0.050
0.045
0.040
0.035
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
-0.005
-0.010
-0.015
-0.020
-0.025
-0.030
Cz as pomiaru
Technologia RTX jest dedykowana do pozycjonowania GNSS na poziomie subcentymetrowym za pośrednictwem specjalnej usługi firmowej CenterPoint RTX. Podstawową infrastrukturę systemu przedstawiono na Rys. 1, składają się na nią następujące elementy:
3. Stacje przekaźnikowe transmitujące korekcje
do
satelitów
(Uplink Station)
17:13:55
17:12:29
17:09:36
OGÓLNA KONCEPCJA I CEL BADAŃ
Globalne systemy pozycjonowania i nawigacji należą obecnie do nowoczesnych technik przestrzennego pozycjonowania, które
od ponad dwóch dekad notują bardzo dynamiczny rozwój przyczyniając się do rozwoju wielu sektorów i gałęzi gospodarki światowej.
Precyzyjne wyznaczanie współrzędnych punktów metodami różnicowymi w trybie postprocessingu w skali globalnej jest znane zasadniczo od momentu gdy system stał się w pełni operacyjny (lipiec 1995). Natomiast realne precyzyjne pozycjonowanie GNSS w
czasie rzeczywistym w skali globalnej stało się możliwe dopiero od niedawna. Zasadniczo od roku 2008, gdy International GNSS Service (IGS), który jest jedną z międzynarodowych służb koordynujących w skali globalnej pracę sieci stacji permanentnych ogłosił
otwarty dostęp do serwisu PPP Precise-Point-Positioning w czasie rzeczywistym. Serwis PPP (Rizos, 2012; Huisman 2011) jest
metodą określania pozycji za pomocą globalnego systemu nawigacji satelitarnej (GNSS), który wykorzystuje jednocześnie pomiary
pseudoodległości (pseudorange) i pomiary fazowe odbiornika satelitarnego w celu wyznaczenia z wysoką dokładnością pozycji w dowolnym miejscu na świecie. Stało się to możliwe dzięki wykorzystaniu precyzyjnych parametrów orbit satelitów, zegarów satelitów i
innych poprawek, jak opóźnienia atmosfery (Jensen and Ovstedal 2008). Dało to możliwość stworzenia szerokiego wachlarza aplikacji pomiarowych. Jedną z nich jest przedstawiona w niniejszej pracy aplikacja firmy Trimble Real Time eXtended (RTX).
0.070
0.065
0.060
0.055
0.050
0.045
0.040
0.035
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
-0.005
-0.010
-0.015
-0.020
-0.025
-0.030
17:11:02
Δx
STRESZCZENIE
Praca przedstawia wyniki weryfikacji przydatności nowej, technologii firmy Trimble RTX z funkcją xFill do precyzyjnego pozycjonowania w czasie rzeczywistym RTK w lokalnym układzie odniesienia. Funkcja xFill umożliwia ciągłość wykonywania pomiarów
RTK w przypadku tymczasowych przerw w połączeniach radiowych lub internetowych, które stanowią główną przyczynę przerw w
pomiarach kinematycznych RTK i powodują spadek niezawodności i wydajności tej metody wyznaczania pozycji. Przedstawione rozwiązanie dopuszcza krótkie (do 5 minut) przerwy w łączności radiowej lub internetowej w przypadku utraty podstawowego strumienia korekcji z lokalnej sieci wspomagania pomiarów RTK, wówczas wykorzystywane są transmitowane przez satelitę geostacjonarnego globalne korekty Trimble xFill. Przeprowadzone badania empiryczne dały pozytywne wyniki i można zakładać, że w niedalekiej
przyszłości technologia ta znajdzie szersze praktyczne zastosowania, bowiem przyjęte rozwiązanie przyczynia się istotnie do poprawy wydajności prac geodezyjnych.
)
1
Rys. 2. CenterPoint RTX we współpracy z lokalną siecią stacji referencyjnych
Błąd średni, średniego błędu prawdziwego pojedynczego pomiaru współrzędnej
(
)
Średni błąd pozorny pojedynczego pomiaru
współrzędnej skorygowanej
(
)
Błąd średni, średniego
błędu pozornego pojedynczego pomiaru
współrzędnej skorygowanej
(
)
2
3
4
5
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
x
15
0.21
4
0.06
y
6
0.09
4
0.05
H
27
0.38
12
0.17
POZYSKANY MATERIAŁ BADAWCZY
Zestawienie błędów pomiarowych uzyskanych na podstawie rozwiązania RTK xFill
Wybrane wyniki badań testowych
Nr pkt.
Typ
Rozwiązania
Wys.
anteny
[m]
x
[m]
y
[m]
H
[m]
RMS 2D
RMS 1D
[mm]
[m]
[m]
PDOP
Liczba
sat.
Czas
NetworkRTK
0.000
5543188.411
7429926.663
214.441
0.007
0.011
1.8
10
17:10:11
77770002
NetworkRTK
0.000
5543188.406
7429926.661
214.447
0.007
0.011
1.8
10
17:10:16
77770003
NetworkRTK
0.000
5543188.403
7429926.664
214.435
0.007
0.011
1.8
10
17:10:21
…….
…….
…….
…….
…….
…….
…….
…….
77770058
NetworkRTK
0.000
5543188.405
7429926.665
214.425
0.007
0.011
1.7
11
17:15:01
77770059
NetworkRTK
0.000
5543188.408
7429926.664
214.442
0.008
0.13
1.7
11
17:15:06
77770060
NetworkRTK
0.000
5543188.403
7429926.677
214.470
0.008
0.013
1.7
11
17:15:11
77770061
RTKxFill
0.000
5543188.394
7429926.674
214.472
0.011
0.017
1.7
11
17:15:16
77770062
RTKxFill
0.000
5543188.390
7429926.676
214.451
0.011
0.017
1.7
11
17:15:21
77770063
RTKxFill
0.000
5543188.403
7429926.670
214.453
0.010
0.016
1.7
11
17:15:26
…….
…….
…….
…….
…….
…….
…….
…….
77770118
RTKxFill
0.000
5543188.391
7429926.670
214.434
0.017
0.024
1.7
11
17:20:01
77770119
RTKxFill
0.000
5543188.389
7429926.671
214.420
0.017
0.024
1.7
11
17:20:06
77770120
RTKxFill
0.000
5543188.396
7429926.664
214.432
0.018
0.025
1.7
11
17:20:11
…….
…….
…….
…….
…….
Średni błąd pozorny pojedynczego pomiaru
współrzędnej skorygowanej
(
)
Błąd średni, średniego
błędu pozornego pojedynczego pomiaru
współrzędnej skorygowanej
(
)
2
3
4
5
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
x
19
0.27
12
0.17
y
8
0.12
8
0.11
H
35
0.50
24
0.35
Współrzędna
77770001
…….
Błąd średni, średniego błędu prawdziwego pojedynczego pomiaru współrzędnej
(
)
Łącznie udało się pozyskać 2880 obserwacji z rozwiązania podstawowego RTN (VRS) oraz 2832 obserwacje z rozwiązania
RTK xFill.
Błąd średni prawdziwy
pojedynczego pomiaru
współrzędnej
(
)
1
WNIOSKI
1. Trimble RTK xFill to nowa technologia, która na dzień dzisiejszy umożliwia przez krótki czas kontynuowanie pomiarów satelitarnych w
czasie rzeczywistym w przypadku braku przepływu danych korekcyjnych z sieci stacji referencyjnych lub pojedynczej stacji bazowej do
odbiornika ruchomego rover. Wpływa to istotnie na zwiększenie wydajności pomiaru poprzez zmniejszenie przerw w pomiarach wynikających z przerw w transmisji GSM lub radiowej. W pracy wykazano, że odbiornik Trimble R10 jest w stanie kontynuować pomiary w czasie rzeczywistym w przypadku krótkich przerw (do 5 minut) w połączeniu radiowym lub internetowym z siecią naziemnych stacji referencyjnych.
2.
Na podstawie analizy błędów średniokwadratowych stwierdzono występowanie w obydwu rozwiązaniach istotnych błędów systematycznych od 4 do 11 mm które powstają głównie z niedostatecznego wyeliminowania błędów jonosfery i troposfery. Dla zapewnienia poprawnego pomiaru błędy systematyczne każdorazowo powinny być usunięte z wyników pomiarów.
3. Wykazano przeciętne zmniejszanie się dokładności wyznaczania pozycji w technologii RTK xFill w stosunku do rozwiązania podstawowego RTN w sieci ASG-EUPOS odpowiednio:
dla współrzędnej x: RTN + 5mm/minutę,
dla współrzędnej y: RTN + 4mm/minutę,
dla współrzędnej H: RTN + 10mm/minutę.
4.
Przeprowadzone badania wykazały również, że dla współrzędnych płaskich określonych na podstawie rozwiązania RTK
xFill ponad 90% obserwacji charakteryzowało się błędem położenia punktu < 0.05 m. Natomiast niecałe 60%
wyników pomiarów charakteryzowało się błędem określenia wysokości MH < 0.10 m.
SEMINARIUM
”Realizacja Osnów Geodezyjnych a Problemy Geodynamiki „
Wydział Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej oraz Komitet Geodezji PAN
Grybów
25 – 27 września 2014 r.
SEMINARIUM
”Realizacja Osnów Geodezyjnych a Problemy Geodynamiki „
Wydział Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej oraz Komitet Geodezji PAN
Grybów
25 – 27 września 2014 r.