Информационные технологии. Точностные характеристики местоопределения по локальным и широкозонным поправкам

- © Б.А. Татаринович, А.А. Тарин, 2014

УДК 004.9

Б.А. Татаринович, А.А. Тарин

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ТОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ЛОКАЛЬНЫМ И ШИРОКОЗОННЫМ ПОПРАВКАМ

Описаны экспериментальные исследования точностных характеристик местоопре-деления навигационного GPS-приемника с использованием локальных и широкозонных поправок. Для проведения эксперимента был собран стенд, в который входили навигационный GPS-приемник, внешняя GPS-антенна, внешние модули bluetooth, мобильный коммуникатор с установленным программным обеспечением NtripClient, источник питания, интерфейсные и соединительные кабели. Эксперименты проводились в условиях чистого небосклона на углах свыше 10° над горизонтом. С помощью программного обеспечения Pinnacle фирмы Topcon Positioning Systems в режиме послесеансной обработки производился расчет координат точки, на которой устанавливался навигационный приемник. Координаты, измеренные навигационным приемником в дифференциальном режиме сравнивались с эталонными значениями. Измеренные и эталонные значения координат трансформировались из картографической системы координат (XYZ) в локальную систему координат (XYH), полученную на основе поперечно-цилиндрической проекции Меркатора. Подсчитывались среднеквадратические отклонения оцениваемых координат относительно их средних значений и среднеквадратические ошибки. Строились графики зависимости среднеквадратической ошибки определения плановых координат от расстояния при использовании локальной и широкозонной дифференциальных коррекций. Эксперимент показал что, навигационным GPS-приемником, использующим локальные и широкозонные поправки, можно определить плановые координаты с дециметровой точностью на расстояниях до 50 км от базовой станции, а на расстояниях свыше 100 км может быть достигнут метровый уровень точности измерения плановых координат.

Ключевые слова: локальные и широкозонные поправки, навигационный GPS-приемник, внешняя GPS-антенна, внешние модули bluetooth, мобильный коммуникатор с установленным программным обеспечением NtripClien, программное обеспечение Pinnacle фирмы Topcon Positioning Systems, дифференциальный режим, картографическая система координат, локальная система координат, среднеквад-ратические отклонения.

Места проведения экспериментов выбирались таким образом, чтобы исследования проводились внутри многоугольника образованного ККС, установленными АО «НИИРИ». Это связано с тем обстоятельством, что зона действия широкозонной дифференциальной коррекции ограничивается сторонами многоугольника, в вершинах которого установлены ККС. Экспериментальные исследования точностных харак-

теристик местоопределения пользователя с использованием локальных и широкозонных поправок проводились в следующих населенных пунктах: 1) Харьков (расстояние от ККС РПКНП-1 - 7 км); 2) Липцы (20 км); 3) Люботин (30 км); 4) Валки (50 км); 5) Красноград (90 км); 6) Зачепиловка (110 км);

Кроме того, в Чугуевском районе Харьковской области на расстоянии порядка 40 км от ККС РПКНП-1.

Рис. 1. Элементы испытательного стенда: 1) навигационный вРБ-приемник; 2) внешняя вРБ-антенна; 3) внешние модули Ы1ие1:сс1:Ь; 4) мобильный коммуникатор с установленным программным обеспечением №прС11еп1:; 5) источник питания; 6) интерфейсные и соединительные кабели

Состав испытательного стенда

Для оценки точностных показателей местоопределения пользователя при отработке технологии локальной и широкозонной дифференциальной коррекции был разработан испытательных стенд, состоящий из следующих элементов (рис. 1).

Связь между мобильным коммуникатором и GPS-приемником осуществлялась по технологии bluetooth. При этом использовалось 2 внешних bluetooth модуля - Parani SD100. Один из модулей применялся для ввода RTCM поправок в приемник. Второй модуль для выдачи из приемника сообщений в формате NMEA. Оба модуля подключались к внешним с разработанным в АО «НИИРИ» портам приемника по протоколу RS232.

Для передачи ДКИ с Ntrip кастера использовался мобильный коммуникатор с программным обеспечением NtripClient. Связь с кастером осуществлялась по GPRS каналу. Кроме того, во внутреннюю память коммуникатора записывались результаты измерения координат определяемых точек. При проведении экспериментальных исследований в качестве мобильного

коммуникатора использовался смартфон Nokia 5500 Sport с операционной системой Symbian OS 9.1.

Все эксперименты проводились в условиях чистого небосклона на углах свыше 10 градусов над горизонтом. Антенна навигационного приемника располагалась на штативе. Штатив центрировался над точкой, координаты который были определены с высокой точностью при помощи спутникового геодезического оборудования. Во всех случаях привязываемой точкой являлась ARP антенны.

С помощью программного обеспечения Pinnacle фирмы Topcon Positioning Systems в режиме после-сеансной обработки производился расчет координат точки, на которой устанавливался навигационный приемник. Полученные таким образом координаты принимались в качестве эталонных значений. Координаты, измеренные навигационным приемником в дифференциальном режиме (как при использовании локальной дифференциальной коррекции, так и при использовании широкозонной дифференциальной коррекции) сравнивались с эталонными значениями.

На каждой определяемой точке навигационным приемником производятся сто измерений координат с интервалом 2 минуты.

Для решения большинства задач, описанных выше, требуется нахождение плановых координат. В связи с этим основное внимание ак-центирутся на оценке определения плановых координат. Для этого измеренные и эталонные значения координат трансформировались из картографической системы координат (ХУ7) в локальную систему координат (ХУИ), полученную на основе поперечно-цилиндрической проекции Меркатора.

Определение расхождения по каждой координатной компоненте:

ДХ = X - X ,

эт изм'

ДУ = У - У ,

эт изм

ДИ = И - И ,

Рис. 2. Зависимость среднеквадратической ошибки определения плановых координат от расстояния до ККС РПКНП-1 при использовании локальной дифференциальной коррекции

Рис. 3. Зависимость среднеквадратической ошибки определения плановых координат от расстояния до ККС РПКНП-1 при использовании широкозонной дифференциальной коррекции

где X , У , И - эталонное значение

эт эт эт

координат; X , У , И - измерен-

изм изм изм

ное значение координат.

Расхождение в плане измеренных и эталонных значений координат вы-числтся по формуле:

нат относительно их средних значений и среднеквадратические ошибки

ст1

XV

ДХУ = ^/(ДХ)2 + (ДУ )2

Средние значения координат точки по всем измерениям и средние расхождения:

= X- X, ДУ = У - У,

ср эт ср' ср эт ср'

ДИ = И - И ,

ср эт ср

ст™ =

ст

I

N -1

1

I

N

ДХУ =

¿ДХ, )2+(ду» )2

Среднеквадратические отклонения (СКО) стху оцениваемых коорди-

Графики зависимости среднеква-дратической ошибки определения плановых координат от расстояния до ККС РПКНП-1 при использовании локальной и широкозонной дифференциальных коррекций представлены на рис. 2, 3.

Таким образом, навигационным вРБ-приемником, использующим ло-

кальные и широкозонные поправки, можно определить плановые координаты с дециметровой точностью на расстояниях до 50 км от базовой станции. На расстояниях свыше 100 км может быть достигнут метровый уровень точности измерения плановых координат. Высотная составляющая координат может быть измерена с метровым уровнем точности.

Передача пользователям дифференциально-корректирующей информации должна осуществляться в режи-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

ме реального времени и с максимальным охватом территории. Для этих целей наиболее подходящим решением является сеть Internet, через которую информация конечному пользователю будет передаваться по протоколу Ntrip с использованием кастера, доступ к данным кастера будет осуществляться с помощью специализированных контроллеров или мобильных коммуникаторов (смартфонов) через GPRS/ EDGE каналы операторов сотовой связи с использованием ПО Ntrip-Client.

Татаринович Борис Александрович - кандидат технических наук, доцент, Белгородская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Я. Горина, e-mail: info@bsaa.edu.ru.

Тарин А.А. - кандидат технических наук, доцент,

Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. Петра Василенко, e-mail: info@khntusg.com.ua.

UDC 004.9

INFORMATION TECHNOLOGIES. ACCURACY CHARACTERISTICS OF LOCATION FOR LOCAL AND WIDE AREA AUGMENTATION AMENDMENTS

Tatarinovich B.A., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Belgorod State Agricultural Academy named after V. Gorin, e-mail: info@bsaa.edu.ru, Tarin A.A., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor,

Kharkiv Petro Vasylenko National Technical University of Agriculture, Ukraine, e-mail: info@khntusg.com.ua.

The paper describes the experimental studies of the accuracy characteristics of location of the navigational GPS-receiver using local and wide-gap amendments. For the experiment was assembled the stand, which included navigation GPS receiver, an external GPS antenna, external modules bluetooth, mobile device software installed NtripClient, power supply, interface and connection cables. The experiments were carried out in conditions of the clean sky at angles of more than 10 degrees above horizontal through the software Pinnacle Topcon Positioning Systems in mode policeyskiy processing the calculation of coordinates of a point on which you installed the navigation receiver. Coordinates, measured navigation receiver in differential mode (as when using a local differential correction and when using the wide gap differential correction) were compared with reference values. The measured and reference values of coordinates was transformed from cartographic coordinate system (XYZ) in a local coordinate system (XYH), obtained on the basis of cross-cylindrical projection Mercator. Were calculated standard deviation of the estimated coordinates relative to their average values and standard error. Built graphs of mean-square error of determination plane coordinate the distance when using local and wide-gap differential corrections. The experiment showed that, navigational GPS-receiver, using local and wide-gap amendments, you can define planned coordinates with decimeter accuracy at distances up to 50 km from the base station, and at distances exceeding 100 km can be achieved metre level accuracy of measurement plane coordinate.

Key words: local and wide-gap amendments navigation GPS receiver, an external GPS antenna, external modules bluetooth, mobile device software installed NtripClien, software Pinnacle Topcon Positioning Systems, differential mode, the map coordinate system, the local coordinate system of standard deviation.