Redes GNSS G - Aragon · Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning Aplicaciones de las...

Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning

Redes GNSS

Conceptos DGPS / RTK y Opciones de Comunicaci ónOportunidades de negocio



Una sola base DGPS / RTK

• DGPS• Correcciones de código

en L1• Menos de 100 Km• Alrededor de 10

bits/segundo• Tiempo de retardo < 10

segundos

• RTK• Correcciones de código L1 y

fase portadora L1/L2 con resolución de ambiguedades

• 10 Km• Precisión nivel cm• Alrededor 1000 bits/segundo• Tiempo de retardo < 1

segundo

Estación de ReferenciaMóvil


Red DGPS / RTK• Motivo

– Ofrecer un servicio DGPS/RTK que cubra una gran área

– Minimizando el número de estaciones de referencia necesarias

Ref1

Móvil

• Red DGPS– Servicios globales o

continentales

• Red RTK– Servicios regionales

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Distancias entre Estaciones de Referencia

Requeridas para redes DGPS / RTK

• Red DGPS– Entre unos 100 … 1.000 Km, principalmente debido a

los efectos ionosféricos

• Red RTK– Entre unos 10 … 100 Km, principalmente debido a

los efectos ionosféricos


Procesado y transmisión de la información en la Red (1/2)

No esta centralizado el pre-procesadoCorrecciones de varias estaciones de referenciaVarias corrientes de datos al móvil, varios canales

de comunicación, alta velocidad de datos

Ref1

Móvil

Puede usarse para redes DGPS, pero tiene limitaciones debido a los costos y la disponibilidad de los canales de comunicación

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Procesado y transmisión de la información en la Red (2/2)

Pre-procesado centralizado– RTK: Resolución de ambiguedades de las observaciones de la

estación de referencia– Modelos específicos de correcciones para:

• Orbitas/relojes de los satélites• Ionosfera• Troposfera• Etc

– Correcciones individuales =Virtual Reference Station (VRS)

Ref1

MóvilUn solo “chorro” de datos al móvil, un solo canal de comunicación, menor velocidad de datos

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Centro deProcesado


Red DGPSModelos de correcciones diferencialesSatellite Based Augmentation Systems o SBAS (WAAS, EGNOS, GAGAN

(India), MSAS)• Orbitas/relojes de los satélites• Parámetros modelo Ionosférico

Se emiten en frecuencia L1 GPS (no es necesario har dware adicional en el receptor móvil)

Se emiten desde satélites geoestacionarios (baja al tura en latitudes altas) Datos EGNOS sobre Internet

-1 80 -1 20 -60 0 60 1 20 1 80-90

-60

-30

0

30

60

90

A OR -W A OR -E IOR MTSAT-1 POR

U S WA AS

EGNOS MS AS

Canadian WAAS

GEO (INMARSAT)

GPS

WAASSistema

Norteamericano

Red deestaciones terrestres

GEO (MTSAT)GPS

MSASSistemaJaponés


GEO (INMARSAT)

GPS

EGNOSSistema

Europeo



Red DGPSVirtual Reference Stations (VRS)

VRS Individual:– El móvil envía su posición aproximada– El móvil recibe un chorro de datos

individualizado

Ej: OMNISTAR ( www.omnistar.com ) comunicación vía satélite, a frecuencias próximas a L1-GPS

Móvil

Malla de VRSs:– El servicio ofrece muchos chorros de datos

VRS– El móvil selecciona el chorro VRS más proximo

Ej: Red ASCOS (www.ascos.de) comunicación vía internet / NTRIP

VRS

Móvil

VRSi

500 Km


DGNSS en el Futuro• ¿Receptores móviles Doble Frecuencia?

L1 +L5– No se necesitan correcciones ionosféricas DGNSS– Menor densidad de la red de referencia (aprox 20

estaciones en todo el mundo)

• ¿Mezcla de GNSS y DGNSS?– Procesado en tiempo real y actualización de

orbitas/relojes por el segmento de control– Distribución de la información por satélites GNSS

(probablemente parte de Galileo, será como GPS III)

• Alternativa– Servicio global DGNSS via internet, ej. NASA / JPL GDGPS


Red RTK• Para resolver ambiguedades de las observaciones

de las estaciones de referencia se requiere: – Modelos ionosféricos / troposfericos de datos reciente s– Predicción de efemérides precisas– Correcciones multipath de fase portadora desde a parti r de

datos del pasado

Ref1• Centro de procesado

• Observaciones de estaciones de referencia con el mismo nivel de ambiguedad

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Red RTK• Para resolver ambiguedades de las observaciones de las estaciones de referencia se

requiere: – Modelos ionosféricos / troposfericos de datos recie ntes– Predicción de efemérides precisas– Correcciones multipath de fase portadora desde a pa rtir de datos del pasado

Ref1

• Tres técnicas:– FKP Flächen Korrectur Parameter, o

parámetros de Correcciones en área, dependiendo de la zona (distancias a las est. De referencia), tiene un algoritmo polinómico lineal que calcula esos parámetros y graba las correcciones en el mensaje nº 59 del RTCM. Ver :http://www.geopp.de/download/geopp-rtcm-fkp59.pdf

– VRS Virtual Reference Station o Estación de Referencia Virtual

– MAC Master Auxiliary Concept o Concepto Auxiliar Maestra para RTCM V3.0

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Red RTKCentro de Procesado Móvil

Fijación de ambiguedades

Obs. de Estación Referencia Master

Obs. de Est. Auxiliares con igual nivel de Amb.+

MAC Cálculo de correccionesindividuales

Determinación de coeficientes del modelo de corrección

Obs. de Estación Referencia Master

+ Coeficientes Modelo de correcciones

FKP Cálculo de correccionesindividuales

Cálculo VRS

Observaciones de una Estación de Referencia Virtual

VRS Procesado de Baselínea


Red RTK

ConceptoContenido de Información

Volumen de datos

Disponibilidad de correcciones de red

Formato

MACBastante grande

Bastante grande

Quizás con retraso en la primera adquisición

RTCM 3.0

FKPUn poco grande

Un poco grande

Quizás con retraso en la primera adquisición

RTCM 2.3,3.0 + mensaje adicional

VRS mínimo mínimo inmediatamenteRTCM 2.3 o 3.0


Comunicación Simple / DobleEntre el Centro de Procesado y el móvil

Simple:MAC - el móvil selecciona el chorro de datos de la sub-red a propiadaFKP - el móvil selecciona el chorro de datos de la est. Ref erencia más

……proximaVRS - el móvil selecciona el chorro de datos de una VRS pró xima

Doble:el móvil envía su posición aproximada al centro de pro cesadoMAC - el centro de procesado selecciona el chorro de datos de la sub-red

……apropiadaFKP - el centro de procesado selecciona el chorro de datos de la est.

……Referencia más proximaVRS - el centro de procesado proporciona el chorro de datos de una

……VRS próxima


VRS Virtual Reference Station VRS o Estación de Referen cia Virtual

Centro de Control

Calculo de VRS de posición aproximada

NMEA

VRS

Red RTK

• Datos de la Estación de Referencia Consolidados y A nalizados en el Centro de Control

• Comunicación bi-direccional desde cada Rover o móvil al Centro de Control

• El Rover envía la posición de código al Centro de C ontrol, y recibe los datos RTK del Centro de Control basados en la posición enviada

• Los datos RTK se modelan usando los observables de múltiples Estaciones de Referencia para eliminar los componentes de error de ionosfera, órb itas, relojes, etc. mejorando la precisión y disminuyendo el tiempo de inicialización.


FKP Parámetros de corrección de área FKP

Centro de Control

Red RTK

• Datos de la Estación de Referencia Consolidados y A nalizados en el Centro de Control

• Comunicación uni-direccional desde el Centro de Control a los Rover o móviles

• Los datos emitidos incluyen datos de correcciones d e la Estación de referencia y modelado ionosférico de la red

• El Rover actua en RTK usando los datos de la Estaci ón de referencia y las correcciones ionosfericas para mejorar la precisión y reducir el tiempo de inicialización.

Observaciones de satélites


FKP


MAC, RTCM v3


RTCM v3

Source: Euler Ntrip Symposium 2006Source: Euler Ntrip Symposium 2006


Topcon RealisationsTopNET-N, TopNET-S TopNET-

R

TopNET-N

TopNET-R


TopNET Network RTKVirtual Base Station Support

Topcon Reference Station



Topcon Reference StationTopNETSERVER

System Administrator

Virtual Base Station Network RTK Rover

“FKP or VRS” Style(Passive or Active Rover Communication)

Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning TopNETSERVER

System Administrator

FTP SERVER

User with AccessDifferent Levels of

Access Possible

Topcon

Reference

Station Network

Network RTK Virtual

Base Station and Rover

(“FKP or VRS” Style)

Archive of *.TPS

and RINEX files

Download,

Storage, and

Transfer of Raw

GPS+ Files

Depository of

Network Raw

GPS+ Data

TopNET


Resumen y PerspectivasRed DGPS:

• servicios continental o global• enlace de comunicación por satélitebasado en L1 (prob lemas

con sat. Geoestacionario)• alternativa: Distribución basada en internet• puede quedar obsoleto en el futuro

Red RTK:

• servicio regional • diferentes conceptos: MAC, FKP, VRS • comunicación simple o doble• teléfono celular (móvil), distribución basada en inte rnet

�� RTCM 3.0, NTRIP


Oportunidades de negocioEsto NO VA sobre…

Ntrip Caster

Cliente Ntrip

CMR

CDMA

Ethernet

RTCM

rM

TCP/IP

NMEA GGA

FKP

RINEXCompresión Hatanaka

gZIP

USB


Sobre lo que SI va es

• Tipos de redes– Operadas por Propietario público y

privado– Compartida o mezclada


Porque las redes son buenas para los…

• Siempre conectadas • Minimiza la cantidad de

equipos necesarios por cuadrilla

• Sistema de coordenadas común que elimina errores

• Comunicación celular• Incrementa la producción en

campo• Permite mediciónes

adicionales y redundancia

TopógrafosConstructor GIS User


Porque las redes son buenas para el propietario….

•Diversifica su negocio

•Permite a sus clientes que crezca su negocio

•Incrementa su Nombre en su mercado


Cubra cualquier zona


Aplicaciones de las Redes

• Las Redes pueden soportar cualquier aplicación que necesite datos RTK, DGPS y CORS

• La fuerza del concepto reside en la capacidad de “una persona, instantáneamente” una vez que la red está instalada.

• Sistema común de coordenadas, comunicaciones comunes

• Mejora la eficiencia y productividad

• Gran área de cobertura para Ag, MC, etc


Aplicaciones de las Redes (2)

• Las Redes proveen precisión local estandar DGPS y RTK en versión de no-modelado

– La precisión se degrada con la distancia a la estación de referencia

• Las redes de modelado proveen de un “constante”nivel de precisión en la zona de cobertura de la re d

– No degradación debido a la distancia o a la de-correlación espacial

• Puede requerir aumentación (densificación o complementación) para aplicaciones de alta precisión vertical


•Las redes atraerán nuevos clientes

•Las redes son atractivas para los grandes organismos y las grandes empresas

Ofrece una solución completa a sus usuarios


Crecimiento Global de Redes

• La tecnología de redes eliminará el uso de estaciónes base móviles (no permanentes).

• Las redes GNSS se están convirtiendo rapidamente en el fundamento para localización y gestión de activos para todas las industrias y comercios.

• La infraestructura de redes es la dirección de mayor crecimiento en el negocio de GNSS.


Nuestras ventajas de HardwareGPS+ Nuevo G3


Comunicación

Hoy

� GSM� Radio

Unidades de Receptores Geodésicos

2004

0

2005 2006 2007

RealReal--TimeTime

?

~50K

?

Tiempo-Real

Post-Proceso


Comunicación

¿Por qué?

• Una clave en el uso de GPS es la comunicación, ¡en cualquier lugar siempre necesitas correcciones!

• Se elimina el protocolo punto-a-punto (GSM-GSM o acces o por router)

• Se impone el protocolo punto-a-multipunto (Emisión p or Radio o Radio por internet) -> NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) ( RTCM=Radio Technical Commission for Maritime Services)


Comunicación

¿Por qué?

• Soporta cualquier protocolo de datos GNSS; bruto, RTCM v 2.x o RTCM v3.0)

• Número ilimitado de usuarios simultaneamente

• Autentificación y Autorización; ¡pagando las cuotas tendrás datos!

¡Así puede comenzar un servicio y obtener beneficios !


ComunicaciónImplementación

• NTRIP

Networked Transport of RTCM via Internet Protocol ¡Basado en el

protocolo HTTP asíque comunica como un webbrowser!

Móvil

Caster

PC

Referencia


ComunicaciónNTRIP cliente, servidor, caster

GPS móvilesde clientes

Centro de control TopNET

Receptores deReferenciaOdyssey-RS

Para más información, visitar http://igs.ifag.de/in dex_ntrip.htm


ComunicaciónEl papel de NTRIP. ¿Es importante?

Fuente: http://www.rtcm-ntrip.org/home


Comunicación

Beneficios para el gestor de la red:

• Reduce los costes de gestión del sistema

• Un acceso al servidor barato, pero una emisión en “abierto” a la línea IP

• La opción de recolectar la cuota de los usuarios

• Contacto directo con los clientes


Comunicación

Beneficios del usuario de la red:

• Las cuotas de GPRS/GSM están basadas en la suma de los datos transportados, no en el (caro) tiempo de conexión

• Siempre en línea, menos reconexiones necesarias y por tanto mayor ahorro

• No necesita la molestia de iniciar y establecer nuestra propia estación de referencia


ComunicaciónFuturo

• WCDMA, Wide Code Division Multiple Access. Se trata de una tecnología móvil inalámbrica que aumenta las tasas de transmis ión de datos de los sistemas GSM (Global System for Mobile communications o Sistema Global para comunicaciones móviles). Este sistema es utili zado por la tercera generación UMTS, en lugar de TDMA (por Tiempo) o FDMA (por Frecuencia)

• GPRS, General Packet Radio Service. Se trata de una comunicación basada en paquetes de datos, que utiliza FDMA

• EDGE, Enhanced Data rates for GSM Evolution, o Tasas de datos realzadas para la evolución de GSM, conocido también como EGP RS. Se trata de una tecnología puente entre 2G y 3G, se puede usar en t ransferencia de datos con conexión a Internet. Se basa en TDMA

• UMTS, Universal Mobile Telecommunications System. Consiste en un sistema de comunicaciones móviles de 3ª generación q ue usa WCDMA y permite alta velocidad, seguridad y resistencia a i nterferencias.

• WLan, WIMAX , Wireless Local area network, Worldwide Interoperability for Microwave Access, Interoperabilidad Mundial para acceso por mi croondas. Se trata de un estandar de transmisión inalambrica de datos proporcionando accesos concurrentes en areas de has ta 48 Km de radio y velocidades de hasta 70 Mbps con tecnología que no requiere visión directa

Consultar http://es.wikipedia.org


Planeando una Red

• Escoja localizaciones de Estaciones de Referencia e n líneas base de 40km o menos (nominal).

• Seleccionar localizaciones basadas en seguridad, disp onibilidad de alimentación, conexión internet, vista del cielo, et c

• Seguir las directrices proporcionadas por NGS (National Geo deticSurvey) y/o Topcon para la ubicación de la antena GPS

• Seguir las directrices proporcionadas por NGS y/o Topcon p ara asegurar que cada localización cumple con criterios esp ecíficos.

Ver NGS guidelines report http://www.ngs.noaa.gov/

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