وقتی صحبت از موقعیت یابی به میان می آید، این چیزی است که همه ما در این عصر اطلاعات با آن آشنا هستیم.امروزه همه یک گوشی هوشمند دارند و ما روزانه از اپلیکیشن های مرتبط با نقشه و ناوبری استفاده می کنیم.این برنامه ها بر اساس فناوری موقعیت یابی هستند.در مورد فناوری موقعیت یابی، مردم به اصطلاحاتی مانند GPS و Beidou فکر می کنند.همه اینها بخشی از سیستم جهانی ناوبری ماهواره ای (GNSS) هستند.این ماهواره‌ها که در فضا پرواز می‌کنند، تلفن‌های هوشمند ما را قادر می‌سازند تا قابلیت موقعیت‌یابی داشته باشند و خدمات ناوبری را به ما ارائه دهند.

اطلاعات فوق کاملاً شناخته شده است.حالا بگذارید مفهومی را معرفی کنم که شاید برای بسیاری از ما ناآشنا باشد.همچنین مربوط به ماهواره ها است و یکی از فناوری های موقعیت یابی رایج در صنعت است که کمک قابل توجهی به کار و زندگی روزمره ما می کند.به آن RTK می گویند.بنابراین، RTK دقیقا چیست؟چرا وقتی ماهواره داریم به آن نیاز داریم؟ویژگی های آن چیست و چگونه کار می کند؟نگران نباشید، بگذارید تک تک آنها را توضیح دهم.

RTK چیست؟

RTK، مخفف Real-Time Kinematic، فناوری است که موقعیت‌یابی پویا در زمان واقعی را فراهم می‌کند.نام کامل آن Real-Time Kinematic Carrier-Phase Differential Technology است.اگرچه این فناوری ممکن است حرفه ای به نظر برسد، اما اصول اساسی آن پیچیده نیست.به طور خلاصه، RTK تکنیکی است که به GNSS کمک می کند.

چرا باید به GNSS کمک کنیم؟این به این دلیل است که GNSS محدودیت های خود را دارد!موقعیت یابی ماهواره در معرض خطا است.این خطاها از عوامل داخلی و خارجی ناشی می شود.به عنوان مثال، هنگام عبور سیگنال های ماهواره ای از یونوسفر و تروپوسفر، خطاها رخ می دهد.از دیگر منابع خطاها می توان به اثرات داپلر ناشی از حرکت ماهواره ای با سرعت بالا، اثرات چند مسیری، خطاهای کانال، خطاهای ساعت ماهواره، خطاهای ephemeris، خطاهای نویز داخلی و غیره اشاره کرد.برخی از این خطاها را می توان حذف کرد، در حالی که برخی دیگر را فقط می توان تا حدی از بین برد و یا اصلاً قابل حذف نیست.آنها بر دقت و قابلیت اطمینان سیستم GNSS تأثیر می گذارند.برای از بین بردن بهتر خطاها و بهبود دقت موقعیت یابی، کارشناسان فناوری موقعیت یابی پیشرفته تری به نام RTK توسعه داده اند.

RTK چگونه کار می کند؟

بیایید به اصل کار RTK نگاه کنیم.

همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است، این یک پیکربندی استاندارد از یک شبکه سنتی RTK است.علاوه بر ماهواره ها، سیستم RTK از دو جزء ضروری تشکیل شده است: ایستگاه پایه و ایستگاه مریخ نورد.

هر دو ایستگاه به گیرنده های ماهواره ای برای مشاهده و دریافت داده های ماهواره ای مجهز هستند.همانطور که از نام آن پیداست، ایستگاه پایه به عنوان ایستگاه مرجع عمل می کند و موقعیت مرجع شناخته شده ای را ارائه می دهد.از طرف دیگر ایستگاه مریخ نورد یک ایستگاه سیار است که به طور مداوم در حرکت است.ایستگاه مریخ نورد هدف شی است که مختصات سه بعدی آن را اندازه گیری می کند، که معمولاً پایان کاربر است.اغلب افرادی را در فضای باز می بینید که سه پایه برای اندازه گیری حمل می کنند.برخی از آنها ممکن است ایستگاه های پایه RTK یا ایستگاه های مریخ نورد را حمل کنند.

حال بیایید روند موقعیت یابی را بررسی کنیم.

اول، ایستگاه پایه، که به عنوان مرجع اندازه گیری عمل می کند، معمولا در یک منطقه باز با دید خوب قرار می گیرد.اطلاعات مختصات سه بعدی ایستگاه پایه به طور کلی شناخته شده است.

مرحله 1: ایستگاه پایه با مشاهده و دریافت داده های ماهواره ای شروع به کار می کند.

گام 2: ایستگاه پایه داده های مشاهده شده را در زمان واقعی از طریق ایستگاه رادیویی نزدیک (پیوند داده) به ایستگاه مریخ نورد ارسال می کند، معمولاً در فاصله حداکثر 20 کیلومتری.

مرحله 3: ایستگاه مریخ نورد هنگام دریافت داده از ایستگاه پایه، داده های ماهواره ای را نیز مشاهده و دریافت می کند.

اسمرحله 4: بر اساس داده های دریافتی از ایستگاه پایه و داده های آن، ایستگاه مریخ نورد محاسبات دیفرانسیل بلادرنگ را با استفاده از اصول موقعیت یابی نسبی انجام می دهد.این فرآیند به ایستگاه مریخ نورد اجازه می دهد تا مختصات و دقت سه بعدی خود را با دقت موقعیت یابی به 1 تا 2 سانتی متر محاسبه کند.با این کار اندازه گیری به پایان می رسد.

همانطور که می بینید، فناوری RTK چندین مزیت را ارائه می دهد، مانند عدم نیاز به ارتباط خط دید بین ایستگاه های مشاهده، دقت موقعیت یابی بالا، عملکرد ساده و عملکرد در هر شرایط آب و هوایی.این یک فناوری موقعیت یابی عالی است.

شبکه RTK در مقابل RTK سنتی

قبلاً در مورد فناوری سنتی RTK که یک مدل پایه از RTK است صحبت کردیم.اجرای سنتی RTK ساده و مقرون به صرفه است.با این حال، یک محدودیت قابل توجه دارد: محدودیت فاصله بین ایستگاه مریخ نورد و ایستگاه پایه.

هر چه فاصله دورتر باشد، تفاوت در فاکتورهای خطا بیشتر می شود که منجر به کاهش دقت موقعیت یابی می شود.علاوه بر این، اگر فاصله از محدوده ارتباطی ایستگاه رادیویی بیشتر شود، کار غیرممکن می شود.

برای غلبه بر محدودیت های فناوری سنتی RTK، فناوری شبکه RTK در اواسط دهه 1990 معرفی شد.در فناوری شبکه RTK، چندین ایستگاه پایه (سه یا بیشتر) به طور یکنواخت در یک منطقه بزرگتر توزیع شده و شبکه ای از ایستگاه های پایه را تشکیل می دهند.

در این صورت آیا ایستگاه مریخ نورد نیاز به مقایسه و محاسبه با هر ایستگاه پایه جداگانه دارد؟نه، این خیلی دست و پا گیر خواهد بود.

در شبکه RTK، یک مدل خطای شبکه GNSS منطقه ای به جای مدل خطای GNSS تک نقطه ای استفاده می شود.شبکه ایستگاه پایه داده ها را به یک سرور مرکزی ارسال می کند، که سپس یک "ایستگاه پایه مجازی" را بر اساس داده ها شبیه سازی می کند.(از این رو، شبکه RTK به عنوان "فناوری ایستگاه پایه مجازی" یا "فناوری ایستگاه مرجع مجازی" نیز شناخته می شود.) ایستگاه مریخ نورد فقط این "ایستگاه پایه مجازی" را "می بیند".بر اساس داده های ارسال شده توسط این «ایستگاه پایه مجازی»، ایستگاه مریخ نورد محاسبات نهایی اندازه گیری را تکمیل می کند.

مزایای شبکه RTK مشهود است.همانطور که ممکن است متوجه شده باشید، ایستگاه های پایه ارتباطات سیار که معمولا می بینیم می توانند به عنوان "ایستگاه های پایه" نیز عمل کنند.ایستگاه های پایه همه جا در اطراف ما هستند، به این معنی که شبکه RTK به پوشش یکپارچه دست می یابد.

ارتباط بین ایستگاه مریخ نورد و سرور مرکزی را می توان از طریق ماژول ارتباط بی سیم داخلی در ایستگاه مریخ نورد (ترمینال) انجام داد.این ماژول‌های موقعیت‌یابی با دقت بالا، فناوری RTK را ادغام می‌کنند و به عنوان ماژول‌های ارتباطی سیار عمل می‌کنند و قابلیت‌های فوق‌الذکر را ممکن می‌سازند.

علاوه بر این، برای کاربران، نیازی به ایجاد ایستگاه های پایه خود نیست، که مقدار قابل توجهی در هزینه صرفه جویی می کند (فقط نیاز به برخی هزینه های ارتباطی).

در نهایت، RTK شبکه دقت و قابلیت اطمینان بالاتری را ارائه می دهد.با چندین ایستگاه پایه، حتی اگر یک یا دو تا از آنها بد کار کنند، کمترین تأثیر را دارد.

شایان ذکر است که در مدل RTK شبکه، پایداری شبکه تاثیر بسزایی در دقت موقعیت یابی دارد.برای تضمین انتقال پایدار داده های دیفرانسیل، اطمینان از برقراری ارتباط شبکه پایدار ضروری است، در نتیجه دقت موقعیت یابی فوق العاده بالا به دست می آید.

نتیجه

پس از سال ها انباشت، فناوری RTK به طور فزاینده ای بالغ شده است.ویژگی های دقت بالا، سرعت بالا و پایداری بالا باعث شده است که به طور گسترده در زمینه هایی مانند نقشه برداری و نقشه برداری، هواپیماهای بدون سرنشین، ناوبری وسایل نقلیه و امنیت مورد استفاده قرار گیرد.ناوبری Geosunاسکنر دستی LiDAR GS-100Gترکیبی از SLAM (محلی سازی و نقشه برداری همزمان)، یک فناوری محلی سازی و نقشه برداری در زمان واقعی، با RTK (کینماتیک واقعی)، یک فناوری موقعیت یابی دیفرانسیل ماهواره ای در سطح سانتی متر، برای دستیابی به اسکن و نقشه برداری در محیط های ناشناخته مانند فضاهای داخلی و خارجی. بدون تکیه بر GPS یا سایر موقعیت یابی GNSS.همچنین می‌توان از آن در محیط‌های باز در فضای باز با کمک سیستم‌های موقعیت‌یابی دیفرانسیل برای تصحیح مستقیم خطاهای تجمعی استفاده کرد و کل سیستم را قادر می‌سازد تا داده‌های ابر نقطه‌ای با دقت بالاتر را در طیف گسترده‌ای از فرآیندهای اکتساب در فضای باز بدون نیاز به بسته شدن حلقه به دست آورد.

در آینده، فناوری RTK به سمت مسافت‌های طولانی‌تر، دقت بالاتر، قابلیت‌های چند فرکانس و چند حالته و پایداری بیشتر تکامل خواهد یافت.صبر کنیم و ببینیم!