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GPS/GNSS de precisão centimétrica - RTK explicado

Introdução ao GPS/GNSS de nível centimétrico

Pense no receptor GPS/GNSS do seu celular ou carro: é o que chamamos de receptor GPS padrão (ou GNSS*). Receptores GNSS padrão disponíveis no mercado hoje, possuem uma precisão entre 2 e 10 metros, e somente em condições externas. Essa precisão depende da qualidade do fabricante do receptor GPS e se a visão do céu não estiver bloqueada por nenhum objeto ou prédio. Em perfeitas condições, o melhor que você pode alcançar é uma precisão absoluta de cerca de 2 metros.

*GNSS significa Global Navigation Satellite Systems, e é uma palavra que inclui não apenas GPS, mas também outros sistemas de posicionamento baseados em satélite, como GLONASS, BEIDOU, Galileo, QZSS…

Curiosamente, se pegarmos 2 receptores GNSS e os colocarmos um ao lado do outro em um campo aberto, ambos terão o mesmo erro de 2 metros mencionado acima, e na mesma direção! Este erro é conhecido como erro GNSS padrão. Graças a essa peculiaridade, é possível calcular com precisão de 1 centímetro a distância relativa entre eles. Portanto, ainda temos um erro absoluto de 2 metros, mas uma precisão relativa de apenas 1 centímetro.

Imagine agora que instalamos um dos dois receptores GNSS em um local fixo conhecido com precisão centimétrica. Agora temos precisão absoluta de 1 centímetro e precisão relativa de 1 centímetro na segunda unidade!

Mas esta técnica não é nova. Esta é uma tecnologia muito antiga chamada GNSS Diferencial ou RTK GNSS (Real-Time Kinematic), e há mais de 20 anos permite que aplicações civis tenham precisão de 1 centímetro (posição RTK). Na redação RTK, a unidade estática é chamada “Estação Base” e a unidade móvel é chamada “Rover".

“Então, o que há de novo? Também ouvi dizer que é uma tecnologia muito cara, e que você precisa receber um treinamento para usá-la direito?”
"Não mais :)"

At ArduSimple tentamos tornar a tecnologia GNSS RTK simples, econômica e acessível a todos. Com uma série de kits iniciais, tutoriais e produtos OEM, permitimos que nossos clientes:

  • Teste a tecnologia e acredite que é possível alcançar uma precisão centimétrica a um custo acessível.
  • Acelere seus projetos e produtos, graças às nossas placas de desenvolvimento plug and play e kits iniciais.
  • Crie produtos e soluções, graças ao nosso suporte, serviços chave na mão e produtos OEM pré-configurados.

“Então, como posso começar?”

O receptor GNSS RTK

Primeiro precisamos de um receptor GNSS que possa calcular posições RTK, como simpleRTK2B. Um receptor GNSS padrão não possui capacidade de cálculo suficiente para RTK.

Em segundo lugar, precisamos de uma antena GNSS muito boa, como simpleANT2B. Não podemos usar uma antena GNSS tradicional “barata”, porque precisamos receber um sinal de alta qualidade para podermos realmente medir os erros GNSS. Além disso, precisamos esquecer de usar o RTK GNSS no bolso ou próximo à janela: o RTK GNSS só funciona com visão desobstruída do céu. A instalação da antena também se torna um tema importante. Recomendamos dar uma olhada em nosso Guia de instalação de antenas RTK GNSS.

Agora que conhecemos os 2 elementos básicos de um receptor RTK, você também sabe o motivo pelo qual lançamos nosso Kit básico para iniciantes:

A menos que tenhamos uma estação base RTK em sua área, na verdade precisaremos de 2 conjuntos de receptor RTK + antena RTK, então um dos conjuntos pode ser usado como “Estação Base” e o segundo como “Rover”. Isso nos leva ao tópico das correções RTK.

Correções RTK

As correções RTK são as informações enviadas pela “Estação Base” para o “Rover", então o "Rover”Pode calcular sua posição com nível centimétrico. A linguagem/protocolo usado para enviar essas informações é chamado RTCM (Radio Comissão Técnica de Serviços Marítimos). Às vezes você lerá sobre correções RTK e correções RTCM, é basicamente a mesma coisa. Para calcular esta posição RTK, ambos os receptores precisam ver mais ou menos os mesmos satélites. Por este motivo as correções RTCM só são válidas até uma distância de 35km da Estação Base (alguns dizem 25km, outros 50km, o número exato vai depender da qualidade da antena e do receptor). Também é útil saber que as correções de uma estação base podem ser usadas por tantas rovers possível, desde que estejam dentro do alcance de 35 km da Estação Base. Este seria um multirover configuração.

O que acontece quando você ultrapassa esses 35 km da estação base? Que não é mais possível ter precisão de 1 centímetro, e a precisão degrada muito rápido para o padrão de 2 metros.

Enviando correções RTK

As correções RTCM/RTK são enviadas normalmente uma vez por segundo. E pode ser enviado através de uma comunicação serial com fio, um link sem fio ou uma rede IP. Vamos verificar as diferenças com mais detalhes.

Wired

Para unidades muito próximas umas das outras, podemos usar cabos para conectá-las. Uma porta serial (TTL, RS232) é suficiente.

Sem Fios

Para cobrir distâncias maiores precisaremos de uma comunicação serial sem fio. Por esta razão adicionamos um soquete (chamamos de soquete XBee) aos nossos receptores RTK, adicionando assim comunicação com ou sem fio entre base e rover seria uma tarefa plug-and-play.

Para simplificar ainda mais, desenvolvemos alguns kits iniciais para testar essa configuração:

MR, LR e XLR radio links precisam de linha de visão RF entre a base e rover para poder trabalhar. Dê uma olhada em nosso post sobre linha de visão visual vs linha de visão RF para entender este conceito.

Se você tiver problemas para garantir a linha de visão entre a base e o rovers, verifique este artigo: Recurso desbloqueado: use seu LR/XLR radio como repetidor. Mas você verá que também os repetidores têm algumas limitações, ou se você precisar de múltiplas estações base, este tipo de radio a tecnologia não é para você. Nesse caso, ou se acontecer de você ter acesso IP disponível tanto na base quanto na rover locais (internet ou rede local), as correções RTK também podem ser enviadas por comunicação IP.

Através de uma rede IP

Em muitas ocasiões, uma rede IP está disponível (WiFi, Ethernet, 4G). Para estes casos foi desenvolvido um protocolo de distribuição de correções RTK, denominado NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol). Veremos isso com mais detalhes na próxima seção.

O que é NTRIP?

NTRIP é uma linguagem/protocolo para distribuir correções RTK em pacotes IP de dados de rede local/internet. Isto permite expandir redes RTK com bases infinitas e infinitas roverS. Uma rede com vários dispositivos NTRIP é chamada de rede NTRIP. Existem 3 elementos possíveis em uma rede NTRIP:

  • NTRIP caster. É um servidor que coleta correções RTK de uma ou várias estações base e as distribui entre Rovers.
  • servidor NTRIP. É uma única estação base RTK física. Sua função é enviar correções RTK para um NTRIP Caster, De modo a Caster pode distribuí-los para outros clientes. Em redes com apenas uma estação base, é bastante comum ter um servidor NTRIP+caster junto. Neste caso apenas o caster função está configurada.
  • cliente NTRIP. Um receptor RTK que deseja receber correções RTK. RTC Rovers são clientes NTRIP.

rede NTRIP

Nosso simpleRTK2B as placas não possuem interfaces IP (ethernet, wifi, etc) e não entendem o protocolo NTRIP. Eles precisam de alguém de fora para converter NTRIP em RTCM e vice-versa. Por isso desenvolvemos uma série de acessórios para habilitar o NTRIP em nossas placas:

  • Bluetooth: conecte seu simpleRTK2B placa para o seu celular via bluetooth. Seu telefone agora pode atuar como cliente NTRIP (mas também como servidor ou caster).

Bluetooth NTRIP

  • Wi-fi: com uma rede Wi-Fi disponível na sua área, conecte o WiFi NTRIP Master acessório e use sua placa como cliente NTRIP (mas também como servidor ou até mesmo servidor+caster).

Wi-Fi NTRIP

  • Cliente 4G NTRIP: deixe sua simpleRTK2B board se torne um cliente NTRIP em qualquer lugar onde haja cobertura de celular.

NTRIP 4G

Alternativamente, você também pode conectar seu simpleRTK2B placa para um PC ou celular via USB e utilize um aplicativo no seu PC ou celular para fazer essa conversão. Confira nosso tutorial para aprender como se conectar a um NTRIP caster.

serviços de correção RTK

Em alguns países, as autoridades locais já instalaram uma rede de estações base com os seus correspondentes servidores NTRIP e oferecem acesso a um servidor NTRIP caster de graça com cobertura quase nacional. Nestes casos, normalmente é necessário apenas um processo básico de registo. Preparámos uma base de dados de serviços para cada país para facilitar a sua vida: Serviços de correção RTK em seu país.

Se você tem a sorte de ter um serviço de correção RTK em sua área, você é uma das pessoas sortudas que precisa de configuração mínima para usar RTK. Você só precisa do nosso Kit básico para iniciantes e um PC e conecte-se a um dos NTRIP acima Casters, seguindo nosso tutorial sobre como se conectar a um NTRIP caster.

Existem também serviços de correção RTK pagos, em alguns países a preços razoáveis, em outros a preços muito altos.

Esperamos que isso tenha ajudado você a entender melhor o que fazemos e o que você precisa para começar a usar o RTK. Se você quiser ler mais, talvez esteja interessado em conferir nosso tutoriais. Se não encontrou o que procurava e ainda tem alguma dúvida, não hesite em Contacte-nos, sempre respondemos!

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