Comunicación

Redes GNSS
Conceptos DGPS / RTK y Opciones de Comunicación
Oportunidades de negocio
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Una sola base DGPS / RTK
Estación de Referencia
• DGPS
• Correcciones de código
en L1
• Menos de 100 Km
• Alrededor de 10
bits/segundo
• Tiempo de retardo < 10
segundos
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Móvil
• 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
Red DGPS / RTK
• Motivo
– Ofrecer un servicio DGPS/RTK que cubra una gran
área
– Minimizando el número de estaciones de referencia
necesarias
• Red DGPS
Ref2
Ref1
Ref3
– Servicios globales o
continentales
• Red RTK
Móvil
Ref5
Ref4
Ref7
– Servicios regionales
Ref6
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
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
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Procesado y transmisión de la
información en la Red (1/2)
No esta centralizado el pre-procesado
Correcciones de varias estaciones de referencia
Varias corrientes de datos al móvil, varios canales
de comunicación, alta velocidad de datos
Puede usarse para
redes DGPS, pero tiene
limitaciones debido a
los costos y la
disponibilidad de los
canales de
comunicación
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Ref2
Ref1
Ref3
Ref4
Móvil
Ref5
Ref7
Ref6
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
Ref1
Centro de
Procesado
– Correcciones individuales =
Virtual Reference Station (VRS)
Un solo “chorro” de datos al
móvil, un solo canal de
comunicación, menor velocidad
de datos
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Ref2
Ref3
Ref4
Ref5
Móvil
Ref6
Ref7
Red DGPS
Modelos de correcciones diferenciales
Satellite 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 hardware adicional en el
receptor móvil)
Se emiten desde satélites geoestacionarios (baja altura en latitudes altas)
Datos EGNOS sobre Internet
90
Canadian WA AS
GEO (INMARSAT)
60
GEO (INMARSAT)
U S WA AS
GPS
30
MS AS
EGNOS
Red de
estaciones
terrestres
0
GEO (MTSAT)
GPS
GPS
Red de
estaciones
terrestres
Red de
estaciones
terrestres
-30
WAAS
Sistema
-60
A OR -W
-90
-1 80
-1 20
A OR -E
IOR
-60
0
MTSAT-1
60
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Norteamericano
POR
1 20
1 80
EGNOS
Sistema
Europeo
MSAS
Sistema
Japonés
Red DGPS
Virtual Reference Stations (VRS)
VRS Individual:
–
–
El móvil envía su posición aproximada
El móvil recibe un chorro de datos
individualizado
VRS
Móvil
Ej: OMNISTAR (www.omnistar.com) comunicación
vía satélite, a frecuencias próximas a L1-GPS
500 Km
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
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
VRSi
Móvil
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
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Red RTK
• Para resolver ambiguedades de las observaciones
de las estaciones de referencia se requiere:
– Modelos ionosféricos / troposfericos de datos recientes
– Predicción de efemérides precisas
– Correcciones multipath de fase portadora desde a partir de
datos del pasado
• Centro de procesado
• Observaciones de estaciones
de referencia con el mismo
nivel de ambiguedad
Ref2
Ref1
Ref3
Ref4
Ref5
Ref7
Ref6
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Red RTK
•
Para resolver ambiguedades de las observaciones de las estaciones de referencia se
requiere:
– Modelos ionosféricos / troposfericos de datos recientes
– Predicción de efemérides precisas
– Correcciones multipath de fase portadora desde a partir de datos del pasado
•
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
Ref2
Ref1
Ref3
:http://www.geopp.de/download/geopp-rtcm-fkp59.pdf
–
–
VRS Virtual Reference Station o Estación
de Referencia Virtual
Ref4
Ref5
MAC Master Auxiliary Concept o Concepto
Auxiliar Maestra para RTCM V3.0
Ref7
Ref6
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Red RTK
Centro de Procesado
Móvil
Fijación de ambiguedades
Obs. de Estación
Referencia Master
+
Obs. de Est. Auxiliares
con igual nivel de Amb.
C
MA
Cálculo de
correcciones
individuales
P
FK
Cálculo de
correcciones
individuales
Determinación de coeficientes
del modelo de corrección
Obs. de Estación
Referencia Master
+
Coeficientes Modelo de
correcciones
Cálculo VRS
Observaciones de una
Estación de Referencia Virtual
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
S
VR
Procesado
de Baselínea
Red RTK
Concepto
Contenido de Volumen
Información de datos
Disponibilidad de
Formato
correcciones de red
MAC
Bastante
grande
Bastante
grande
Quizás con retraso
en la primera
adquisición
RTCM 3.0
RTCM
2.3,3.0 +
mensaje
adicional
RTCM 2.3
o 3.0
FKP
Un poco
grande
Un poco
grande
Quizás con retraso
en la primera
adquisición
VRS
mínimo
mínimo
inmediatamente
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Comunicación Simple / Doble
Entre el Centro de Procesado y el móvil
Simple:
MAC - el móvil selecciona el chorro de datos de la sub-red apropiada
FKP - el móvil selecciona el chorro de datos de la est. Referencia más
……proxima
VRS - el móvil selecciona el chorro de datos de una VRS próxima
Doble:
el móvil envía su posición aproximada al centro de procesado
MAC - el centro de procesado selecciona el chorro de datos de la sub-red
……apropiada
FKP - el centro de procesado selecciona el chorro de datos de la est.
……Referencia más proxima
VRS - el centro de procesado proporciona el chorro de datos de una
……VRS próxima
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
VRS
Virtual Reference Station VRS o Estación de Referencia Virtual
Red RTK
NMEA
Centro de Control
VRS
Calculo de VRS de
posición aproximada
• Datos de la Estación de Referencia Consolidados y Analizados 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 Control, 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, órbitas, relojes, etc. mejorando la precisión y
disminuyendo el tiempo de inicialización.
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
FKP
Parámetros de corrección de área FKP
Red RTK
Centro de Control
Observaciones de satélites
• Datos de la Estación de Referencia Consolidados y Analizados 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 de la Estación de referencia y modelado
ionosférico de la red
• El Rover actua en RTK usando los datos de la Estación de referencia y las correcciones
ionosfericas para mejorar la precisión y reducir el tiempo de inicialización.
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
FKP
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
MAC, RTCM v3
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
RTCM v3
Source: Euler Ntrip Symposium 2006
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Topcon Realisations
TopNET-N, TopNET-S TopNETR
TopNET-N
TopNET-R
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
TopNET Network RTK
Virtual Base Station Support
Topcon Reference Station
Topcon Reference Station
Virtual Base Station
Network RTK Rover
“FKP or VRS” Style
(Passive or Active Rover Communication)
System Administrator
Fernando
Sahuquillo
– TopconStation
Europe Positioning
Topcon
Reference
TopNETSERVER
Topcon Reference Station
TopNET
Network RTK Virtual
Base Station and Rover
(“FKP or VRS” Style)
User with Access
Different Levels of
Access Possible
System Administrator
Topcon
Reference
Station Network
Download,
Storage, and
Transfer of Raw
GPS+ Files
Depository of
Network Raw
GPS+ Data
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
TopNETSERVER
Archive of *.TPS
and RINEX files
FTP SERVER
Resumen y Perspectivas
Red DGPS:
• servicios continental o global
• enlace de comunicación por satélitebasado en L1 (problemas
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 internet
RTCM 3.0, NTRIP
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Oportunidades de negocio
Esto NO VA sobre…
Ntrip Caster
NMEA GGA
CDMA
Ethernet
Cliente Ntrip
rM
FKP
TCP/IP
CMR
gZIP
RTCM
RINEX
Compresión Hatanaka
USB
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Sobre lo que SI va es
• Tipos de redes
– Operadas por Propietario público y
privado
– Compartida o mezclada
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Porque las redes son buenas para los…
Topógrafos
Constructor
GIS User
• 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
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
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
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Cubra cualquier zona
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
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
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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 red
– No degradación debido a la distancia o a la decorrelación espacial
• Puede requerir aumentación (densificación o
complementación) para aplicaciones de alta
precisión vertical
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Ofrece una solución completa
a sus usuarios
•Las redes atraerán nuevos
clientes
•Las redes son atractivas
para los grandes
organismos y las grandes
empresas
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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.
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Nuestras ventajas de Hardware
GPS+
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Nuevo G3
Comunicación
Unidades de Receptores Geodésicos
~50K
Tiempo-Real
Real-Time
Post-Proceso
Hoy
GSM
Radio
?
?
0
2004
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
2005
2006
2007
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 acceso por
router)
• Se impone el protocolo punto-a-multipunto (Emisión por Radio
o Radio por internet) -> NTRIP (Networked Transport of RTCM
via Internet Protocol) (RTCM=Radio Technical Commission for
Maritime Services)
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Comunicación
¿Por qué?
• Soporta cualquier protocolo de datos GNSS; bruto, RTCM v2.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!
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Comunicación
Implementación
• NTRIP
Networked Transport of
RTCM via Internet Protocol
Referencia
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¡Basado en el
protocolo HTTP así
que comunica como
un webbrowser!
Caster
PC
Móvil
Comunicación
NTRIP cliente, servidor, caster
GPS móviles
de clientes
Centro de control
TopNET
Receptores de
Referencia
Odyssey-RS
Para más información, visitar http://igs.ifag.de/index_ntrip.htm
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Comunicación
El papel de NTRIP. ¿Es importante?
Fuente: http://www.rtcm-ntrip.org/home
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Comunicación
El papel de NTRIP. ¿Es importante?
Fuente: http://www.rtcm-ntrip.org/home
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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
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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
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Comunicación
•
•
•
•
•
Futuro
WCDMA, Wide Code Division Multiple Access. Se trata de una tecnología
móvil inalámbrica que aumenta las tasas de transmisión de datos de los
sistemas GSM (Global System for Mobile communications o Sistema Global
para comunicaciones móviles). Este sistema es utilizado 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 EGPRS. Se trata de una
tecnología puente entre 2G y 3G, se puede usar en transferencia 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 que usa WCDMA y
permite alta velocidad, seguridad y resistencia a interferencias.
WLan, WIMAX, Wireless Local area network, Worldwide Interoperability for
Microwave Access, Interoperabilidad Mundial para acceso por microondas.
Se trata de un estandar de transmisión inalambrica de datos
proporcionando accesos concurrentes en areas de hasta 48 Km de radio y
velocidades de hasta 70 Mbps con tecnología que no requiere visión directa
Consultar http://es.wikipedia.org
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning
Planeando una Red
• Escoja localizaciones de Estaciones de Referencia en líneas base de
40km o menos (nominal).
• Seleccionar localizaciones basadas en seguridad, disponibilidad de
alimentación, conexión internet, vista del cielo, etc
• Seguir las directrices proporcionadas por NGS (National Geodetic
Survey) y/o Topcon para la ubicación de la antena GPS
• Seguir las directrices proporcionadas por NGS y/o Topcon para
asegurar que cada localización cumple con criterios específicos.
Ver NGS guidelines report http://www.ngs.noaa.gov/
Fernando Sahuquillo – Topcon Europe Positioning