Precisión centimétrica GPS/GNSS - RTK explicado

Introducción al GPS/GNSS de nivel centimétrico

Piensa en el receptor GPS/GNSS de tu teléfono móvil o de tu coche: es lo que se denomina receptor GPS estándar (o GNSS*). Los receptores GNSS estándar disponibles en el mercado hoy en día tienen una precisión de entre 2 y 10 metros, y solo en condiciones exteriores. Esta precisión depende de la calidad del fabricante del receptor GPS y de si la vista del cielo no está bloqueada por ningún objeto o edificio. En perfectas condiciones, lo mejor que puede lograr es una precisión absoluta de alrededor de 2 metros.

*GNSS significa Global Navigation Satellite Systems, y es una palabra que incluye no solo GPS sino también otros sistemas de posicionamiento basados ​​en satélites como GLONASS, BEIDOU, Galileo, QZSS…

Curiosamente, si tomamos 2 receptores GNSS y los colocamos uno al lado del otro en un campo abierto, ambos tendrán el mismo error de 2 metros mencionado anteriormente, ¡y en la misma dirección! Este error se conoce como error GNSS estándar. Gracias a esta peculiaridad, es posible calcular con una precisión de 1 centímetro la distancia relativa entre ellos. Así que todavía tenemos un error absoluto de 2 metros, pero una precisión relativa de solo 1 centímetro.

Imagine ahora que instalamos uno de los dos receptores GNSS en una ubicación fija conocida con precisión centimétrica. ¡Ahora tenemos una precisión absoluta de 1 centímetro y una precisión relativa de 1 centímetro en la segunda unidad! Mira este muy buen video de 2 minutos introducción a la posición centimétrica de u-blox.

Pero esta técnica no es nueva. Esta es una tecnología muy antigua llamada GNSS Diferencial o RTK GNSS (Real-Time Kinematic), y durante más de 20 años ha permitido que las aplicaciones civiles tengan una precisión de 1 centímetro (posición RTK). En la redacción RTK, la unidad estática se denomina "Estación base" y la unidad móvil se denomina "Rover".

"¿Entonces que hay de nuevo? También escuché que es una tecnología muy costosa y que necesitas recibir capacitación para usarla, ¿verdad?
"Ya no :)"

En ArduSimple tratamos de hacer que la tecnología GNSS RTK sea simple, asequible y accesible para todos. Con una serie de kits de inicio, tutoriales y productos OEM, permitimos a nuestros clientes:

  • Pruebe la tecnología y crea que es posible lograr una precisión de nivel centimétrico a un costo asequible.
  • Acelere sus proyectos y productos, gracias a nuestras placas de desarrollo plug and play y kits de inicio.
  • Cree productos y soluciones, gracias a nuestro soporte, servicios llave en mano y productos OEM preconfigurados.

“Entonces, ¿cómo puedo empezar?”

El receptor GNSS RTK

Primero necesitamos un receptor GNSS que pueda calcular posiciones RTK, como simpleRTK2B tablero. Un receptor GNSS estándar no tiene suficiente potencia de cálculo para RTK.

En segundo lugar, necesitamos una muy buena antena GNSS, como simpleANT2B. No podemos usar una antena GNSS tradicional "barata", porque necesitamos recibir una señal de alta calidad, para que podamos medir realmente los errores GNSS. Además, debemos olvidarnos de usar el RTK GNSS en nuestro bolsillo o al lado de la ventana: RTK GNSS solo funciona con una vista del cielo sin obstáculos. La instalación de la antena también se convierte en un tema importante. Recomendamos echar un vistazo a nuestro Guía de instalación de antenas RTK GNSS.

Ahora que conocemos los 2 elementos básicos de un receptor RTK, también sabes la razón por la que lanzamos nuestro Kit básico de inicio:

A menos que tengamos una estación base RTK en su área, en realidad necesitaremos 2 conjuntos de receptor RTK + antena RTK, por lo que uno de los conjuntos se puede usar como "Estación base" y el segundo como "Rover". Esto nos lleva al tema de las correcciones RTK.

correcciones RTK

Las correcciones RTK son la información enviada por la “Estación Base” al “Móvil”, para que el “Móvil” pueda calcular su posición con nivel centimétrico. El idioma/protocolo utilizado para enviar esta información se llama RTCM. Entonces, leerá sobre las correcciones RTK y las correcciones RTCM, es básicamente lo mismo. Para calcular esta posición RTK, ambos receptores necesitan ver más o menos los mismos satélites. Por esta razón, las correcciones RTCM solo son válidas hasta una distancia de 35 km desde la estación base (algunas personas dicen 25 km, otras 50 km, el número exacto dependerá de la calidad de la antena y el receptor). También es útil saber que las correcciones de una estación base pueden ser utilizadas por tantos rovers como sea posible, siempre que se encuentren dentro de este rango de 35 km desde la estación base. Esta sería una configuración multirover.

¿Qué sucede cuando vas más allá de estos 35 km desde la estación base? Que ya no es posible tener una precisión de 1 centímetro, y la precisión se degrada muy rápido a 2 metros estándar.

Envío de correcciones RTK

Las correcciones RTCM/RTK se envían generalmente una vez por segundo. Y se puede enviar a través de una comunicación serie por cable, un enlace inalámbrico o una red IP. Veamos las diferencias más detalladamente.

Con conexión de cable

Para unidades que están muy cerca unas de otras, podemos usar cables para conectarlas. Un puerto serie (TTL, RS232) es suficiente.

Inalámbrico

Para cubrir distancias más largas necesitaremos una comunicación serial inalámbrica. Por esta razón, agregamos un enchufe (lo llamamos enchufe XBee) a nuestros receptores RTK, por lo que agregar comunicación por cable o inalámbrica entre la base y el móvil sería una tarea casi plug-and-play.

Para simplificarlo aún más, desarrollamos algunos kits de inicio para probar esta configuración:

Los enlaces de radio MR, LR y XLR necesitan una línea de visión de RF entre la base y el móvil para poder funcionar. Mira esto nuestra publicación sobre la línea de visión visual frente a la línea de visión RF Para entender este concepto.

Si desea tener múltiples estaciones base para cubrir un área más grande, o tiene problemas para garantizar la línea de visión entre la base y los rovers, la comunicación por radio de punto a multipunto anterior no es una opción para usted. En este caso, o si simplemente tiene acceso IP disponible tanto en la base como en el móvil (internet o red local), las correcciones RTK también se pueden enviar a través de la comunicación IP.

A través de una red IP

En muchas ocasiones se dispone de una red IP (WiFi, Ethernet, 4G). Para estos casos se ha desarrollado un protocolo de distribución de correcciones RTK, denominado NTRIP. Echaremos un vistazo a esto con más detalle en el próximo capítulo.

¿Qué es NTRIP?

NTRIP es un lenguaje/protocolo para distribuir correcciones RTK a través de paquetes IP de datos de red local/Internet. Esto permite expandir redes RTK con infinitas bases y infinitos rovers. Una red con varios dispositivos NTRIP se denomina red NTRIP. Hay 3 elementos posibles en una red NTRIP:

  • Rueda NTRIP. Es un servidor que recopila correcciones RTK de una o varias estaciones base y las distribuye entre los Rovers.
  • servidor NTRIP. Es una sola estación base RTK física. Su función es enviar correcciones RTK a un NTRIP Caster, para que el Caster pueda distribuirlas a otros clientes. En redes con una sola estación base, es bastante común tener un servidor NTRIP+caster juntos. En este caso solo se configura la función caster.
  • cliente NTRIP. Un receptor RTK que quiere recibir correcciones RTK. RTK Rovers son clientes de NTRIP.

Red NTRIP

Nuestras placas simpleRTK2B no tienen interfaces IP (ethernet, wifi, etc.) y no entienden el protocolo NTRIP. Necesitan a alguien externo para convertir de NTRIP a RTCM y viceversa. Por ello desarrollamos una serie de accesorios para habilitar NTRIP en nuestras placas:

  • Bluetooth: conecte su placa simpleRTK2B a su teléfono móvil a través de bluetooth. Su teléfono ahora puede actuar como cliente NTRIP (pero también como servidor o lanzador).

NTRIP Bluetooth

  • WiFi: con una red WiFi disponible en tu zona, conecta el accesorio WiFi NTRIP Master y utiliza tu placa como cliente NTRIP (pero también como servidor o incluso servidor+caster).

Wi-Fi NTRIP

  • Cliente 4G NTRIP: deje que su placa simpleRTK2B se convierta en un cliente NTRIP en cualquier lugar donde haya cobertura celular.

NTRIP 4G

Alternativamente, también puede conectar su placa simpleRTK2B a una PC o teléfono móvil a través de USB y usar una aplicación en su PC o teléfono móvil para realizar esta conversión. Echa un vistazo a nuestro tutorial para aprender a conectar una rueda NTRIP.

Servicios de corrección RTK

En algunos países, las autoridades locales ya han instalado una red de estaciones base con sus correspondientes servidores NTRIP, y ofrecen acceso a un lanzador NTRIP de forma gratuita con una cobertura casi nacional. En estos casos, generalmente solo se requiere un proceso de registro básico.

También está el www.rtk2go.com comunidad de usuarios que comparten gratis sus estaciones base en línea, sin calidad de servicio. Puedes consultar la lista aquí: http://monitor.use-snip.com/?hostUrl=rtk2go.com&port=2101

Si tiene la suerte de tener un servicio de corrección RTK en su área, es una de las personas afortunadas que necesita una configuración mínima para usar RTK. Solo necesitas nuestro Kit básico de inicio y una PC y conéctese a una de las ruedas NTRIP anteriores, siguiendo nuestro tutorial sobre cómo conectarse a una rueda NTRIP.

También existen servicios de corrección RTK de pago, en algunos países a precios razonables, en otros a precios muy elevados.

Receptores con correcciones RTK-SSR integradas

Las configuraciones de base móvil y los servicios de corrección RTK tradicionales (también llamados OSR) tienen la limitación de que necesita una estación base a una distancia máxima de 35 km del móvil. Esta es también la razón por la que es tan caro ofrecer un servicio de corrección RTK con una amplia y buena cobertura. Existe una tecnología alternativa para el cálculo de la posición RTK en tiempo real que elimina esta limitación y aún permite tener una precisión de 2 a 4 centímetros en toda el área de cobertura. Se llama tecnología SSR (Space State Representations).

Tradicionalmente tener acceso a esta tecnología era complejo y solo estaba al alcance de grandes empresas que compraban miles de unidades. Por esta razón en ArduSimple decidimos lanzar receptor simpleSSR para poner esta tecnología al alcance de todos: Un accesorio para placas simpleRTK2B que integra servicios de corrección SSR.

Los accesorios simpleSSR eliminan la molestia de instalar una estación base u obtener un contrato para un servicio de corrección RTK, y permiten literalmente conectar y usar RTK: solo encienda el receptor RTK con el accesorio simpleSSR, espere 1-2 minutos y disfrute de precisión de nivel centimétrico en todos los área de cobertura.

Esperamos que esto te haya ayudado a comprender mejor lo que hacemos y lo que necesitas para comenzar a usar RTK. Si desea leer más, tal vez le interese consultar nuestro tutorialesO nuestra foro de preguntas y respuestas. Si no encontraste lo que buscabas, y aún tienes alguna duda, no dudes en contáctanos, siempre respondemos!

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