ایستگاه مرجع مجازی (VRS)
در این مقاله با ایجاد ایستگاه مرجع مجازی در برداشت RTK آشنا میشوید.
موقعیتیابی کینماتیک آنی توسط شبکه NRTK بسیار کاربردی و محبوب است و برای عملیاتی کردن و قابل استفاده کردن آن توسط کاربران، معماریهای شبکه مختلفی توسعه داده شده است که به صورت زیر شرح داده میشوند.
در مدلVRS، مشاهدات فاز حامل که از حداقل سه ایستگاه اندازهگیری میشوند، بهطور پیوسته توسط یک مرکز کنترل جمعآوری و پردازش میشوند. هنگامی که یک راهحل شبکهای برای حل ابهام ثابت بهدست آمد و در طول زمان حفظ شد، مدلسازی فاز حامل آغاز میشود. در این مرحله مرکز کنترل میتواند این مقادیر را در یک مکان خاص درونیابی کند و میتواند مجموعهای از مشاهدات و تصحیحات GNSS را ایجاد کند که گویی توسط یک ایستگاه گیرنده فرضی در آن موقعیت به دست آمدهاند، و تمام دادهها برای محاسبهی موقعیت در آن ایستگاه مجازی دریافت میشود. برای تعیین محل قرار دادن ایستگاه مجازی، ارتباط باید دو طرفه باشد، بهطوری که روور باید موقعیت خود را به مرکز کنترلی که محاسبات را انجام میدهد، اعلام کند و موقعیت شما را از طریق پروتکل NMEA ارسال کند. این موقعیت را میتوان با دریافت اولین تصحیح تفاضلی بهبود بخشید و مجدداً به مرکز کنترل ارسال کرد. هنگامی که موقعیت ایستگاه مجازی تعریف شد، تصحیحات تفاضلی به طور مداوم با استفاده از پروتکل RTCM یا در برخی موارد، فرمت انجین مربوط به ایستگاه مرجع، ارسال میشود. در گیرندهی روور، موقعیتیابی RTK با جستجو برای ابهام فاز شروع میشود که به راحتی برطرف میشود زیرا بیسلاین اولیه عملاً برابر با صفر است. از سوی دیگر، با توجه به نقطه نظر مرکز کنترل، نظارت مستمر فاصله بین روور و ایستگاه مجازی محقق میشود. اگر از یک حد تعریف شده (معمولاً چند کیلومتر) فراتر رود، یک ایستگاه مجازی جدید نزدیک به موقعیت جدید روور باید ایجاد شود. این رویکرد دارای مزایا و معایبی است که در ادامه شرح داده شده است:
- به یک سیستم ارتباطی دو طرفه مانند GSM یا اینترنت نیاز دارد، زیرا لازم است پخش دادهها از مرکز کنترل به گیرندهی روور و بالعکس تضمین شود.
- تعداد دسترسی همزمان بستگی به عملکرد سرور دارد. در واقع، برای هر کاربر، یک VRS جدید تخمین زده و منتقل میشود، سپس تعداد کاربران را همزمان افزایش میدهد و بار محاسباتی بیشتر میشود.
هنگامی که مکان VRS تغییر پیدا میکند، گیرنده روور باید دوباره مقدار اولیه ابهام فاز را محاسبه کند. به منظور رفع مقادیر ابهام فاز جدید پروتکل RTCM 3.x قادر به پشتیبانی از تصحیح VRS است، اما میتوان از RTMC 2.x پیامهای نوع 18.19.20.21 هم استفاده کرد. حتی گیرنده قدیمی نیز میتواند این نوع تصحیحات را دریافت کند. به منظور کاهش بار محاسباتی در مرکز کنترل، میتوان یک رویکرد جایگزین را اتخاذ کرد که در آن تصحیحات تفاضلی منتشر شده از یک VRS برای یک یا چند کاربر اتخاذ شود، البته در صورتی که آنها در یک محدوده مشترک کار کنند. که این محدوده حدود 10 تا 15 کیلومتر فرض میشود. علاوه بر این، اگر مسافت بین گیرنده روور و ایستگاه مرجع کمتر از 30 کیلومتر باشد، میتوان از تصحیحات تفاضلی مستقیم تخمین زده شده توسط CORSهای واقعی که متعلق به شبکه است، استفاده کرد. این رویکرد اصطلاحاً نزدیکترین تصحیح تفاضلی نامیده میشود، زیرا نزدیکترین CORS به عنوان ایستگاه اصلی استفاده میشود. این روش جایگزین، امکان کاهش بار محاسباتی در مرکز کنترل را فراهم میکند، اما عملکرد موقعیتیابی، از نظر دقت و زمان تا حدی کاهش مییابد. زیرا تصحیحات تفاضلی به صورت محلی برآورد شده است.
ایستگاه چند مرجع (MRS)
رویکرد MRS مبتنی بر یک مدل درونیابی تصحیح تفاضلی است که با استفاده از دادههای خام CORSبه ازای هر ماهواره تخمین زده میشود. در این مورد، تصحیحات به عنوان یک مدل محلی منتشر میشود، بهطوری که در نزدیکی هر ایستگاه دائمی، یک تابع چند جملهای به عنوان یک صفحه خطی ایجاد میشود. شیب این صفحه نشاندهنده تغییر در ناحیه بایاس تحت پوشش شبکه است. ضرایب چند جملهای «پارامترهای مساحت» نامیده میشوند و در مؤلفههای پاشنده (بایاس یونوسفر) و مولفه غیرپاشنده (بایاس مداری و بایاس تروپسفر) با استفاده از قالب FKP منتقل میشوند معادلات مشاهدات و تصحیحات در این سناریو به صورت زیر است:
مدل FKP
FKP یک فرمت استاندارد مانند RTCM نیست، بلکه یک “استاندارد عملی” است، بنابراین توسط نرمافزار اختصاص داده شده برای تولید محصولات NRTK و در گیرندههای ژئودتیکی پذیرفته شده است. در RTCM پیامی برای مدل FKP موجود نیست، اما در نوع 59 ارسال میشود. برای استفاده از مدلFKP، لازم است که گیرندهی روور دارای سیستم عامل رمزگشا باشد تا مدل را رمزگشایی کرده و از تصحیحات استفاده کند. تخمین مقادیر تصحیحات در موقعیتهای روور توسط خود گیرنده روور انجام میشود، بنابراین بار محاسباتی مستقل از تعداد کاربران نیز به این بخش اضافه میشود. شبکه معماری MRS دارای مزایا و معایبی است که میتوان آنها را به شرح زیر خلاصه کرد:
- محاسبه تصحیحات توسط سیستم عامل گیرنده روور از موقعیت آن و پارامترهای پیام FKP انجام میشود. از نظر تئوری، محدودیتی برای تعداد دسترسیها با استفاده از انتقال IP از طریق اینترنت وجود ندارد زیرا محاسبه پارامترها تنها در یک ناحیه وسیع در اطراف ایستگاه معتبر است.
- نیاز به یک قالب داده مناسب برای انتقال پارامترهای شبکه دارد: راهحل این است که آنها را مانند پیام RTCM نوع 59 با فرمت FKP ارسال کنید. همه گیرندههای تک فرکانس یا قدیمیتر قادر به استفاده از این فرمت نیستند.
- این کاربر است که تصمیم میگیرد کدام ایستگاه شبکه، پیامهای RTCM و FKP را دریافت کند. به طور متناوب، گیرنده روور میتواند موقعیت خود را به مرکز کنترل بفرستد که باید با انتخاب نزدیکترین ایستگاه دائمی، تصحیحات را ارسال کند. با این حال، این نیاز به یک ارتباط دو طرفه دارد.