nederlands 06-gps netwerk-rtk en de modernisering van gnss

06-GPS HSB 23.05.2012 1

Nederlands 06-GPS Netwerk-RTKen de modernisering van GNSS

Presentatie ir. Jean-Paul Henry

www.06-GPS.nl

06-GPS HSB 23.05.2012 2

Inhoud Presentatie

• Introductie 06-GPS

• Toepassingen

• GNSS Netwerk-RTK

• Typen RTK correcties / State Space Representatie

• Toekomst GNSS

• Verbeteringen door moderne GNSS

• Samenvatting

06-GPS HSB 23.05.2012 3

Introductie 06-GPS

06-GPS HSB 23.05.2012 44

Introductie 06-GPS

• Onafhankelijke, commerciële aanbieder GNSS-data

• Al 11 jaar expertise in Netwerk GNSS

• 4 medewerkers voltijds, 6 medewerkers parttime

• Veel verschillende geregistreerde gebruikers:

– overheden (landelijk, provinciaal, gemeente)

– ingenieurs- en landmeetkundige bureaus

– aannemers (weg, spoor, ondergrondse infrastructuur)

– nuts- en energiebedrijven

– archeologen, politie, scholen, landbouwers, etc.

06-GPS HSB 23.05.2012 55

Verschillende RTK-netwerken in NL

• 1 Basisnetwerk AGRS (1997) EUREF/EPN, geen RTK• 5 Commerciële aanbieders Netwerk RTK in Nederland:

– 06-GPS (2002)– LNRNET (LNR Globalcom 2005)– QPOS (QPS 2007)– Trimble VRSNOW (2010)– Leica Smartnet (2010)

• 1 overheidsnetwerk van Kadaster:– NETPOS (2005)– Alleen voor Kadaster en ministerie Verkeer & Waterstaat

• Zeer veel losse stations (gemeenten, landbouw)• Markt-Overheidskwestie:

– Kadaster wil markt betreden– bedrijfsleven wil geen oneerlijke concurrentie

06-GPS HSB 23.05.2012 606-GPS AGIV trefdag 25.11.2010 6

GNSS-stations NL

AGRS

06-GPS

NETPOS

LNR GlobalCom

QPoS

Landbouw

VRSNOWVRSNOWVRSNOWVRSNOW

06-GPS HSB 23.05.2012 77

Introductie 06-GPS

• 2002: start 23 stations, samenwerking met SAPOS (D)

• 2003: aansluiting FLEPOS (B)

• 2005: start NTRIP-communicatie en netwerk DGPS

• 2006: GPS+GLONASS, samenwerking AXIO-NET (D)

• 2007: uitbreiding naar 35 stations

• 2008: 2e volledig uitgevoerde centrale (back-up)

• 2009: GNWEB en SSRPOST

• 2010: Landbouw mechanisatie, samenwerking branche LTO

06-GPS HSB 23.05.2012 88

Kwaliteit

• Certificatie:

– ISO9001:2008

– TüV SüD / Navcert

• nauwkeurigheid 2cm (95%)

• beschikbaarheid (99%)

• competentie en service

– TüV SüD / Navcert

• dynamische nauwk. 2cm (95%)

• geschikt voor Precise Farming

• geschikt voor Guidance Systems

06-GPS HSB 23.05.2012 906-GPS AGIV trefdag 25.11.2010 9

Overzicht

Toep

assi

ngen

Com

mun

icat

ieSu

ppor

tN

etw

erk

Cen

trale

sR

efer

entie

Stat

ions

GN

SS s

atel

liete

n GNSSSatellieten

ReferentieStations

NetwerkCentrales

Support

Communicatie

Toepassingen

06-GPS HSB 23.05.2012 10

TOEPASSINGEN

06-GPS HSB 23.05.2012 11

Referentiedata Hydrografie

06-GPS HSB 23.05.2012 12

Referentiedata Grondverzet

06-GPS HSB 23.05.2012 13Referentiedata Landbouw

06-GPS HSB 23.05.2012 14

Referentiedata

Remote Sensing

06-GPS HSB 23.05.2012 15

Referentiedata Mobile Mapping

06-GPS HSB 23.05.2012 16

Referentiedata Spoorbeheer

06-GPS HSB 23.05.2012 17

FOUTENBRONNEN

06-GPS HSB 23.05.2012 18

Absolute Plaatsbepaling

• Plaatsbepaling van één enkele (“Stand-Alone”) GNSS ontvangerin een GNSS systeem

• Nauwkeurigheid GPS(/GLONASS)

– 5 – 20 m

– Geschikt voor navigatie

– Niet geschikt voor

landmeetkunde en hydrografie

• Maximale invloed van alle foutenbronnen

06-GPS HSB 23.05.2012 19

Foutenbronnen GNSS

XY

Z

WGS84

Ontvanger klokfout

Antenne (PCV)

Troposfeer

Ionosfeer

Satelliet klokfout

Satelliet baanfout

Multipath

06-GPS HSB 23.05.2012 20

DIFFERENTIËLE GNSS

06-GPS HSB 23.05.2012 21

Differentiële GNSS Plaatsbepaling

• Bepaal totale invloed foutenbronnen op een bekende positie -> correcties

• Zend correctiesnaar de rover

• Pas correcties toe-> verminder invloed foutenbronnen

• Bepaal Positie

– met code (DGNSS) of

– Met draaggolf fase (RTK)

06-GPS HSB 23.05.2012 22

Foutenbronnen bij DGNSS

Ruimtelijke Variaties

06-GPS HSB 23.05.2012 23

Afstandsafhankelijkheid DGNSS / RTK

PRC

Afstand

Referentie Rover

“echte” foutinvloed

Afstandsafhankelijke fout neemt toe bij grotere

afstand

uitgezonden correctie

06-GPS HSB 23.05.2012 24

RTK: Nauwkeurigheid, Betrouwbaarheid, Beschikbaarheid

Afstand tot Referentie

NauwkeurigheidBetrouwbaarheid, Beschikbaarheid

100 %

1 cm

06-GPS HSB 23.05.2012 25

Situatie “Stand Alone” Ref. Stations

Nauwkeurigheid, Betrouwbaarheid, Beschikbaarheid

Goed Slecht

06-GPS HSB 23.05.2012 26

NETWERK GNSS

06-GPS HSB 23.05.2012 27

Netwerk - GNSS

AfstandRoverRef. 1

PRC

Ref. 2

“echte” fout invloed

“echte” fout in ref. 1

“echte” fout in ref. 2

geïnterpoleerde fout invloedvoor positie rover

06-GPS HSB 23.05.2012 28

Netwerk - GNSS

Nauwkeurigheid, Betrouwbaarheid, Beschikbaarheid

Goed Slecht

06-GPS HSB 23.05.2012 29

Netwerk RTK: Taken

• primaire taak: State Monitoring

– bepaal afstands- (en locatie-) afhankelijke fouten

– oplossing fasemeerduidigheden met ongediff. waarn.

• secondaire taak: Representatie

– representeer netwerk informatie voor de gebruiker

• Afstandsafhankelijke fouten– Satellietbaan, ionosfeer, troposfeer

• Referentie stationsafhankelijke fouten– multipath, antenne, klok

– Met gebruik juiste formaten (RTCM, FKP, VRS, MAC)

06-GPS HSB 23.05.2012 30

TYPEN NETWERK RTK-CORRECTIES/STATE SPACE REPRESENTATIE

06-GPS HSB 23.05.2012 31

1. Master Auxilliary Concept (MAC RTCM 3.1)

Correcties op zelfde fasemeerd. niveau

M

A

A

A A A

06-GPS HSB 23.05.2012 32

1. Master Auxilliary Concept (MAC RTCM 3.1)

Fase correctie

Afstand

Ref 1 (Master)

1

Rover

M

1

Ref 2 (Aux)

2

FKP

δDCOR Representatie fout

∆Є12

06-GPS HSB 23.05.2012 33

2. FKP Representatie

FKP(rtcm 59)

(Stand-alonepositie)

RTCM dichtstbijzijnd

06-GPS HSB 23.05.2012 34

2. FKP Representatie

Fase correctie

Afstand

Ref 1 (Master)

1

Rover

M

1

Ref 2

2

FKP

FKP

δFKP Representatie fout

06-GPS HSB 23.05.2012 35

3. VRS Representatie: Geïndividualiseerd

Correcties

Stand-alonepositie

Virtueel

referentie station

06-GPS HSB 23.05.2012 36


Fase correctie

AfstandRef 1

1

Rover

M

Ref 2

2

VRS

Ref V

Probleem 1: bewegen t.o.v. (virt.) ref. Station ?

Probleem 2: onverwachte fout

δVRS Representatie fout

06-GPS HSB 23.05.2012 37


De rover:

• ontvangt reeds geïndividualiseerde correcties

• moet altijd benaderde positie doorgeven

• Benadering oude situatie 1 basis – 1 rover

Voordelen:

• Zeer compacte verzending van data mogelijk ook met GLONASS, Galileo, Compass en derde frequentie(s).

• Rover profiteert van continue en nauwkeurige foutenmodellering netwerksoftware en alle stations.

06-GPS HSB 23.05.2012 38


Probleem 1:

• Rover beweegt weg van Referentie Station

Oplossing:

• Software individualiseert mee met positie rover.

Probleem 2:

• Onbekende kwaliteit VRS

Oplossing:

• Mogelijkheid 3.1 netwerkresiduen (1030 GPS/1031 GLONASS)

• Mogelijkheid 3.1 boodschap 1032: positie Nearest real station.

06-GPS HSB 23.05.2012 39

State Space Representation

Station 1 Station 2 Station 3 ….. Station 35

GNNET 35

SSR

RTK

GSM NTRIP

Observation

-

space

Observation

-

space

State

-

space

State

-

space

- Troposfeer

- Ionosfeer

- Satelietbanen

- ...

06-GPS HSB 23.05.2012 40

Principe SSR2RX

SSR

Positie

Tijden

Interval

VRS RINEX

Traject (RINEX rover)

Semi - Kinematic

VRS RINEX

06-GPS HSB 23.05.2012 41

Toekomst: PPP-RTK

06-GPS HSB 23.05.2012 42

TOEKOMST GNSS

06-GPS HSB 23.05.2012 4343

GNSS afgelopen 10 Jaar

• Belangrijke ontwikkelingen:

– SBAS (Europa: EGNOS) zijn operationeel geworden

– GLONASS van 6 naar 24 satellieten

– Sterke toename gebruik en acceptatie RTK Netwerken

– NTRIP en gebruik mobiel internet

– L2C introductie: meer kwaliteit voor de civiele gebruiker

06-GPS HSB 23.05.2012 4444

GNSS komende 10 Jaar

• Derde frequentie GPS (L5), complete constellatie (2018).

• Ingebruikname Europa’s Galileo.

• Ingebruikname China’s COMPASS.

• GLONASS ook met CDMA naast FDMA (zelfde technieken als GPS en GALILEO).

• Verdere ontwikkeling RTK Netwerktechnieken en –standaarden(voorbeeld : RTCM MSM & PPP-RTK).

• Sterke evolutie mobiele datacommunicatie.

• Complete L2C constellatie (op dit moment 8).

06-GPS HSB 23.05.2012 45

Welke verbeteringen brengt nieuwe GNSS voor (netwerk) RTK?

06-GPS HSB 23.05.2012 46

RTK en nieuwe GNSS

• Wat is er te verbeteren:

– Beschikbaarheid satellieten / Obstakels

– Snelheid initialisatie

– Nauwkeurigheid

– Ionosfeer / Zonne-activiteit

06-GPS HSB 23.05.2012 47

Beschikbaarheid satellieten / Obstakels

06-GPS HSB 23.05.2012 48

GPS Sky-Plot

06-GPS HSB 23.05.2012 49

GLONASS Sky-Plot

06-GPS HSB 23.05.2012 50

GALILEO Sky-Plot

06-GPS HSB 23.05.2012 51

GNSS Sky-Plot

06-GPS HSB 23.05.2012 52

Zichtbare GNSS satellieten

06-GPS HSB 23.05.2012 53

GNSS PDOP

06-GPS HSB 23.05.2012 54

GNSS Beschikbaarheid bij Obstakels

06-GPS HSB 23.05.2012 55


06-GPS HSB 23.05.2012 56


06-GPS HSB 23.05.2012 57


06-GPS HSB 23.05.2012 58

Snelheid Initialisatie

06-GPS HSB 23.05.2012 59

GNSS : MEER = BETER

• GPS (31) + GLONASS (24) + GALILEO (30) +COMPASS (30) = 115 satellieten !

06-GPS HSB 23.05.2012 60

Test Monitor Station Sliedrecht

• Fix snelheid GPS t.o.v. aant. GPS satellieten (5gr. Elev.)

• Gemiddelde: 14,7 s over 24 uur (18-04-2012)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2592

12

2655

32

2720

34

2783

86

2859

53

2939

27

3015

02

3122

68

3191

57

3286

74

GPS tijd (s)

Fix

tij

d (

s)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Aan

t. s

at.

06-GPS HSB 23.05.2012 61


• Fix snelheid GPS+GLONASS t.o.v. aant. GNSS satellieten

• Gemiddelde: 5,5 s over 24 uur (18-04-2012)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2592

0726

5617

2719

1727

8345

2845

4629

0825

2970

6330

3368

3097

6631

6032

3225

3032

8124

3345

9034

0799

GPS tijd (s)

Fix

tij

d (

s)

0

5

10

15

20

25

Aan

t. s

at.

06-GPS HSB 23.05.2012 62

Test Geo++ 3 GNSS

• Directe Fix fasemeerduidigheden > 90%

• Fix binnen 20 s : 100%

06-GPS HSB 23.05.2012 63

NAUWKEURIGHEID

06-GPS HSB 23.05.2012 64


• Nauwkeurigheid GPS only24 uur sessie (18-4-2012)

• Standaardafwijkingen :

– σx=6 mm

– σy=8 mm

– σz=13 mm

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

-0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03

dX (m)

dY

(m

)

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

GPS tijd (s)

dH

(m

)

06-GPS HSB 23.05.2012 65


• Nauwkeurigheid GPS+GLONASS24 uur sessie (18-4-2012)

• Standaardafwijkingen:

– σx=4 mm (-2)

– σy=6 mm (-2)

– σz=11 mm (-2)

• x,y en z beter dan alleen GPS

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

-0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03

dX (m)

dY

(m

)

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

GPS tijd (s)

dH

(m

)

06-GPS HSB 23.05.2012 66

Ionosfeer / Zonne-activiteit

06-GPS HSB 23.05.2012 67

11-Jarige Zonnecyclus

06-GPS HSB 23.05.2012 68

11-Jarige Zonnecyclus

06-GPS HSB 23.05.2012 69

I95 index

06-GPS HSB 23.05.2012 70

SIMULATIE GPS + GALILEO

• 3 testnetwerken SAPOS (D)

• (35/19km)

• (105/55km)

• (165/95km)

• 7 Ionosferische scenario’s (I: licht ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ VII: zeer zwaar)

• Eis: FIXING (binnen 40s) + Nauwkeurigheid

06-GPS HSB 23.05.2012 71

Simulatie: 19 km BASISLIJN

GPS GPS + GALILEO

06-GPS HSB 23.05.2012 72


GPS GPS + GALILEO

06-GPS HSB 23.05.2012 73


GPS GPS + GALILEO

06-GPS HSB 23.05.2012 74

Samenvatting Verbeteringen

• Meer en volle GNSS constellaties leveren:

– Betere beschikbaarheid

– Betere Nauwkeurigheid

– Snelle en betrouwbare fix van fasemeerduidigheden over lange afstanden

– Resistentie tegen atmosferische storingen

• Netwerk RTK nog steeds nodig (troposfeer)

• Netwerk, software en rovers complexer, maar:

• Meten gaat steeds makkelijker, sneller en beter.

06-GPS HSB 23.05.2012 75

EINDE

BEDANKT VOOR UW AANDACHT !

www.06-gps.nl

nederlands 06-gps netwerk-rtk en de modernisering van gnss

Documents