实时运动学(RTK)实时动态差分方法。
这是一种新的GPS测量方法,现有的静态、快速静态、动态测量必须在以后解决,才能获得厘米级的精度,RTK是现场实时获得厘米级位置精度的测量方法。采用载波相位动态实时差分方法,是GPS应用中的主要里程碑,出现在工程放样、地形图、各种控制测量中。
RTK技术是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标,并达到厘米级的高精度。
载波相位观测值
高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值,RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,
同时给出厘米级定位结果,历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机,数据量比较大,一般都要求9600的波特率,这在无线电上不难实现。
RTK技术优点
1、 RTK作业自动化、集成化程度高,测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统,无需人工干预便可自动实现多种测绘功能,使辅助测量工作极大减少,减少人为误差,保证了作业精度。
2、降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”和对天基本通视,因此,和传统测量相比,RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小,在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区,只要满足RTK的基本工作条件,它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。
3、定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累。不同于全站仪等仪器,全站仪在多次搬站后,都存在误差累积的状况,搬的越多,累积越大,而RTK则没有,只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内,RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
4、作业效率高。在一般的地形地势下,高质量的RTK设站一次即可测完10km半径左右的测区,大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数,仅需一人操作,在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标,作业速度快,劳动强度低,节省了外业费用,提高了测量效率。
5、操作简便、数据处理能力强。RTK的基准站无需任何设置,移动站就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强,能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。
实际应用
目前RTK技术已经在多个领域得到广泛应用,而在无人机行业也成为了新科技中的一匹黑马,为无人机的精准飞行提供了技术支持,也为无人机飞行任务的完成提供了保障。
RTK定位系统应用在无人机领域上主要分为远程终端控制系统和无人机移动定位几首系统两部分,可以为无人机制定精密的飞行作业方案,并且规划飞行路线,不仅可以提高自动化作业的能力,还可以提高作业的效率。
举例来说,传统的无人机植保作业由于定位技术的问题,常常面临重喷、漏喷等问题,如何精确完成断点续喷也是一直在解决的技术问题,而搭载RTK定位系统后,则可以先通过搭载RTK模块的手持测绘器进行地块测量以获取高精度的田地边界信息,作为制定精确度达到厘米级别航线的数据基础,而无人机则可以在航线制定后进行飞行作业,妥善解决因航线偏移而带来的重喷、漏喷等问题。目前,零度智控的农业整机守护者和极翼的农业植保整机方案,均有采用RTK技术。
随着人类活动范围的不断扩张,建设中心开始向建设环境恶劣的领域不断延伸,而复杂的地形地质条件和其他因素的影响使得搭载传统定位系统的航测变得问题凸显,而RTK与无人机低空摄影测量技术的结合颠覆了也传统航测技术需要大量布设地面控制点或者稀少控制点的作业流程,成为无人机领域新的研究方向。
随着技术的不断发展,RTK技术已由传统的1 1或1 2发展到了广域差分系统WADGPS,并在一些城市设立了CORS系统,数据传输也由最初的电台传输发展到了现在的GPRS和GSM网络传输,不仅提高了RTK的测量范围,也为未来技术的广泛应用提供了技术基础。
RTK对于植保无人机来说有什么用?
自从极飞P20把RTK带入植保无人机领域以后,最近一段时间RTK技术在植保无人机上的应用有点火。在农业植保领域,大家都已经知道它能为无人机提高定位精度,降低飞行误差。 由于卫星信号的多路径效应以及大气中对卫星信号的折射和反射,当农田周边出现防风林或者天气环境影响时,卫星的定位精度就会降低,导致作业中的无人机出现航线偏移。 航线偏移存在一定的风险,在便用普通GPS进行定位,航线偏移的误差甚至可能达到10米左右,如果偏移量太大,将可能导致植保无人机撞上防风林或者其他事故发生。因此这样的自主飞行并不能让人安心,也没有办法真正的解放操作员的双手,操作员仍需要全神贯注地盯着整个作业过程,随时准备救场。 通过下图我们先来了解一下GPS和RTK定位的其中一个特点:
普通GPS的圆概率误差(CEP)有50%左右的概率在2.5米以内,另外50%的误差可能更大,甚至接近10米。上图中,当我们想要寻找O点的位置时,普通的GPS会告诉我们O点在A处,而A则是黄圈直径10米范围内的任意一个点。RTK通过实时差分技术,可以将范围缩小到10cm内,在实际农田的情况如下图:
飞机在作业时获取到的航线坐标并不是一条直线,而是一个有宽度的区域,如果使用GPS定位进行航线作业,则区域的宽度在0-10米的范围内,此时飞机实际飞行的轨迹将会是一条歪歪扭扭的曲线,并且每一次飞行的曲线都不一致,很有可能会导致重喷、漏喷,且无法杜绝。 而使用RTK技术时,航线将是一个0-10厘米宽度的区域,与GPS相比,RTK基本等于是直线飞行,弯曲的幅度很小,因此喷洒的效果将更均匀可控。 在一些垄间距较大的田间作业时,如发生的偏移较大,甚至可能产生作物本身大部分漏喷和土地污染等次生危害,总而言之,RTK通过大幅提高定位精度来拓宽GPS定位技术的应用场景。 在未来的农田里,RTK也会有更多产生作用的地方。它将融入作物生长的每一个阶段,帮助我们实时获取农田中任意位置的时间和空间信息,再搭配对应的设备,实现定时、定点、定量的农药化肥投放,取得最佳的经济效益和环境效益。除了植保作业外,高精度的实时定位还可以协助农村土地测量、确权和提供其他农田中的无人自动化设备高精度导航与数据服务。
在植保无人机上使用RTK技术存在哪些问题?
1、基站的设置及作业半径对RTK 的测量精度和作业速度有直接影响。基准站应尽量架设在地势较高的地方,而且要远离强电磁干扰源和大面积的信号反射物。
2、RTK技术的本身,是依赖于GPS卫星定位的,它的使用要有四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,如果所在地本身接受GPS的信号就很差,那RTK也没有什么作用。另外在有大面积的信号反射物的地方是无法定位的,如高层建筑附近,茂密的森林等;强电磁源也会干扰信号,如高压输电线附近,变电站等,在云层较厚的时候也有影响。
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