Использование открытых алгоритмов обработки GNSS-измерений в системе геодезического мониторинга goca Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 528:629.783 Т.И. Горохова СГГ А, Новосибирск

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТКРЫТЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ GNSS-ИЗМЕРЕНИЙ В СИСТЕМЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА GOCA

В статье рассматривается открытая программа для обработки результатов GNSS-измерений, выполненных в режиме RTK, результаты ее тестирования и возможности использования ее алгоритмов в одном из модулей системы геодезического мониторинга GOCA.

T.I. Gorokhova SSGA, Novosibirsk

USAGE OF OPEN ALGORITHMS OF PROCESSING OF GNSS-MEASUREMENTS IN SYSTEM OF GEODETIC MONITORING GOCA

The article deals with the open program for processing of results the GNSS-measurements, made in RTK- mode, results of its testing and possibility of using its algorithms in one of system-modules of geodetic monitoring GOCA.

GOCA (GNSS/LPS/LS-based Online Control and Alarm System) -мультисенсорная геодезическая система мониторинга инженерных сооружений и природных объектов в режиме реального времени. Сбор и предварительная обработка результатов спутниковых измерений для последующего анализа выполняются стандартным программным обеспечением производителей GNSS-приёмников, что не всегда удобно. Поэтому одним из направлений совершенствования системы GOCA является разработка специального интерфейса для прямого управления аппаратурой и предобработки данных в режиме реального времени.

Целью настоящей работы являлось ознакомление с пакетами открытых алгоритмов обработки результатов спутниковых измерений, тестирование выбранного пакета на реальных данных и проверка возможности использования отдельных функций для написания программы по обработке RTK-измерений.

Многообразие спутниковых навигационных систем и значительное расширение областей применения GNSS предъявляют новые требования к аппаратуре и программному обеспечению. В связи с этим наблюдается тенденция на упрощение конструкции и снижение стоимости приемников, и одновременно с этим усложнение и удорожание программного обеспечения для обработки результатов измерений. Однако, наряду с коммерческими существуют бесплатные, экспериментальные научные программы, разработанные зарубежными институтами для учебных и исследовательских целей, такие как Gamit, GPSLab и RTKLib. Программный комплекс Gamit разработан для операционной системы UNIX, GPSLab написан в среде

MathLab, а исходные коды программы RTKLib, как и системы GOCA, написаны на языке Visual C++, поэтому именно она была выбрана для изучения.

RTKLib - пакет программ для обработки результатов GNSS-измерений, выполненных в режиме RTK, который находится в свободном доступе на сайте Токийского университета. Алгоритм программы RTKLib включает:

- Операции с матрицами и векторами;

- Функции преобразования времени;

- Преобразование координат и модель геоида;

- Обработка навигационных данных;

- Моделирование ионосферы, тропосферы, фазового центра антенны;

- Обработка SBAS DGPS поправок;

- Абсолютный метод позиционирования (Single point positioning);

- Относительный метод позиционирования по фазе и коду;

- Разрешение целочисленной неоднозначности «на лету» (OTF);

- Ввод двоичных данных приемника;

- Определение положения/ввод-вывод сообщений NMEA;

- Ввод-вывод данных в формате RINEX и навигационных сообщений;

- Ввод точных эфемерид;

- Библиотека потоковой передачи данных;

- Библиотека NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol);

- Сервер RTK-GPS позиционирования;

- Обработка сообщений RTCM 2.3 и 3.0/3.1.

В состав RTKLib входят следующие прикладные программы:

- RTKNAVI, RTKRCV (позиционирование в режиме RTK);

- RTKPOST, RNX2RTKP (постобработка базовых линий);

- STRSVR, STR2STR (утилиты передачи данных);

- RTKPLOT (графическое отображение результатов измерений и положения объекта);

- RTKCONV, CONVBIN (конвертер log-файлов приемника в RINEX);

- прочие утилиты для позиционирования.

Для изучения возможностей пакета RTKLib, была проведена обработка результатов измерений, полученных одночастотным приемником Septentrio AsterX на измерительной площадке Института Прикладных Исследований г. Карлсруэ (Германия) (табл. 1).

Таблица 1. Координаты контрольных пунктов

Пункт ITRF 2005

X Y Z

300 4146251.209 611659.393 4791886.142

301 4146246.453 611659.075 4791890.269

304 4146238.140 611664.805 4791896.701

Измерения проводились в режиме RTK, для приема RTCM-сообщений от базовой станции KARL сети EUREF использовалась программа GNSS Internet Radio.

Результаты постобработки данных программой RTKLib представлены на рис. 1, 2, 3.

Темным цветом показаны координаты, вычисленные по целым значениям неоднозначностей, так называемые фиксированные решения (fixed), светлым - координаты, вычисленные с использованием вещественных значений неоднозначностей, или плавающие (float).

Достоинствами программы являются поддержка российской

спутниковой системы ГЛОНАСС, стабильность работы и довольно высокая точность вычисления плановых координат. RTKLib обладает дружественным интерфейсом и проста в использовании.

Г •.

File Edit View Help

| ш г i-г awmul |q=i ^ + м i ® ° о

■U- Щ 90' 0 WO 0C

d '*■ о о -0 .¡OG -0.04 0, 2 cm 00 0,04 0.08

;i]2009/10/06 11:29:10-10/06 11:45:10 GPST : N=193 B=1.5km Q=

Рис. 1. Результаты измерений на пункте 300

D: \Disse r\Se pte nt rioVrtkli b\302. txt

File Edit View Help

E-W (m)

' ' тг_ Ш uuu

N-S (m)

U:D (m) v. . гг

- и/ * *

12:35 12:40

tl]2009/10/06 12:35:00-10/06 12:45:15 GPST : N=124 B=1.6kn Q=1 ¡95(76.6%) 2:29(23.4%)

Рис. 2. Результаты измерений на пункте 301

Рис. 3. Результаты измерений на пункте 304

Из недостатков программы следует отметить нестабильность точности плавающего решения, особенно если измерения проводились при плохих условиях приема сигнала. Это видно на примере пунктов 300 и 301, где во время измерений наблюдался сильный ветер.

Таким образом, RTKLib является хорошей основой для написания модуля предварительной обработки результатов GNSS-измерений в системе GOCA. Целью дальнейшей работы является усовершенствование алгоритма поиска пропусков циклов и разрешения неоднозначности, поскольку от этих факторов во многом зависит точность определения координат.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Jäger, Reiner. GOCA - Systemkonzept [Electronic resource] / R. Jäger - Нем. -Режим доступа: http://www.goca.info/docs/GOCA_Kurz_d.pdf.

2. Takasu, T. RTKLIB ver. 2.3.0 Manual [Electronic resource] / T. Takasu - Англ. -Режим доступа: http://gpspp.sakura.ne.jp/rtklib/rtklib.htm.

3. Becker, Matthias. Status der Modernisierung von GPS und GLONASS und Perspektiven weiterer GNSS [Текст] / M. Becker //Zeitschrift für die Vermessungswesen. -2009. - № 5. - С. 297-305.

© Т.И. Горохова, 2010