xử lý ở trạm rover trong mạng lưới RTK và các chỉ số chất lượng

xử lý trạm rover mạng lưới RTK số Chất lượng Tiểu sử Paul Alves tốt nghiệp năm 2005 với tiến sĩ Đại học Calgary , Canada Nghiên cứu ông quan tâm đến vấn đề gồm có: mạng RTK , xử lí pha truyền tải,và giải ẩn số Hiện nay,ông làm việc kỹ sư phần mềm cho Leica Geosystems Holger Kotthoff tốt nghiệp chuyên ngành đo đạc Đại học kỹ thuật Bonn, Đức , vào năm 1998 Vào tháng bảy năm 2000,ông tham gia Leica Geosystems Thụy Sĩ phần nhóm xử lý liệu , phát triển thời gian thực nhân xử lí sử dụng sản phẩm khác Ines Geisler tốt nghiệp vào năm 2005 với Văn đo đạc từ trường Đại học Công nghệ Dresden,Đức Nghiên cứu cô quan tâm đến lĩnh vực mạng RTK.Ines làm việc Kỹ sư ứng dụng trạm mạng tư vấn Leica Geosystems Thụy Sĩ Oliver Zelzer tốt nghiệp ngành Vật lý Đại học kỹ thuật Vienna năm 1996 làm việc kỹ sư phần mềm loạt ngành công nghiệp ông gia nhập Leica Geosystems vào năm 2002 chủ yếu làm việc xử lý mạng gps xử lí liệu GPS rover thời gian thực Hans- Juergen Euler học tập, nghiên cứu Đại học kỹ thuật Darmstadt Ông tốt nghiệp năm 1990 với Tiến sĩ cách giải GPS nhanh mạng quy mô nhỏ Nghiên cứu ông quan tâm lĩnh vực mạng RTK ứng dụng thông tin GNSS rovers Ơng điều hành q trình tiêu chuẩn hóa RTCM SC104 cho mạng RTK Galileo TĨM TẮT Phương pháp nhiều trạm tham chiếu biết đến phương pháp kết hợp liệu từ khu vực mạng lưới trạm tham chiếu để sửa chữa đo đạc xác cho người sử dụng Nó thực cách tính tốn khu vực lỗi vị trí trạm tham chiếu nội suy chúng để có vị trí rover.Sự xác điều chỉnh phụ thuộc vào khoảng cách trạm tham chiếu ,vị trí rover, đặc điểm sai số phép đo Bài viết giới thiệu số chất lượng mạng RTK dựa đặc điểm sai số phép đo Chỉ số cho tuyến tương quan khu vực lỗi, tốt phương pháp nội suy Tuyến lỗi mạng lưới đo lường giới hạn dựa vào khoảng cách đến rover Chất lượng số cho thấy,sự thành công mơ hình mạng RTK phạm vi quan sát Có cải thiện đáng kể phạm vi bố trí khơng biết vi trí cố định dung, nhiên cải tiến nhỏ đáng ý phương pháp “vị trí cố định không xác định” GIỚI THIỆU Điều chỉnh chất lượng mạng lưới RTK trình của: hình học mạng, lỗi đo đạc, loại bỏ tham số gây nhiễu (ieambiguities), sử dụng mơ hình nội suy.Các mặt có lien kết với ,ví dụ, mơ hình nội suy dùng phải có trạng thái khơng gian tương tự lỗi đo đạc Ngoài ra, lỗi đo đạc thấp trạm tham chiếu đặt xa so với lỗi đo đạc cao Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất Mạng lưới RTK thường tập trung xung quanh đặc trưng đặc điểm lỗi đo đạc Hiểu xác lỗi đo đạc mang lại mô hình nội suy tối ưu hình học mạng cho mức độ hiệu suất rover định mong muốn Các tài liệu sau tập trung vào đo lường định lượng thuộc tính lỗi đo đạc (Alves, 2004; Wanninger, 2004; Wübbena, 2004; Chen, 2003; Raquet, 1998) Trong số trường hợp phức tạp thuộc tính sai số đo đạc dùng để ngoại suy cho rover việc tăng hiệu suất mạng Nhiều tiêu chất lượng cho mạng RTK sử dụng lỗi lại đo trạm mạng tham chiếu để lấy điều kiện đặc điểm lỗi có ( Chen , 2003; Wanninger , 2004) Những đặc điểm so sánh với mơ hình để xác định mơ hình lại Ví dụ, đo đạc mạng lại tức đường tuyến tính mơ hình nội suy tuyến tính sử dụng khả cao rover đạt mức độ cao hiệu suất Các mơ hình lại sau sử dụng để dự đốn mơ hình khơng xác hàm khoảng cách đến trạm tham chiếu Ví dụ, mơ hình lại cao rover trạm tham chiếu mơ hình lỗi khơng thể thực Khả để xác định mơ hình lại chức bậc tự mơ hình nội suy khơng có bậc tự khơng thể xác định Trong trường hợp bậc tự tạo cách loại trừ trạm tham khảo từ mơ hình tính tốn MẠNG RTK TỔNG QUAN Phương pháp mạng sở RTK dựa sử dụng mạng lưới trạm tham chiếu để đo lỗi tương quan khu vực để dự đốn tác động khơng gian thời gian mạng Cái tên cho thấy phương pháp thời gian thực xác định.Quá trình làm giảm ảnh hưởng lỗi tương quan tốt nhiều so với phương pháp trạm tham chiếu nhất,do cho phép trạm tham chiếu đạt đến khoảng cách xa bao gồm khu vực lớn phương pháp truyền thống , trì mức độ hiệu suất rover Mạng RTK bao gồm sáu trình : Xử lý liệu trạm tham chiếu đến giải ẩn số mạng, Lựa chọn trạm tham chiếu góp phần vào việc sửa chữa cho rover , tạo điều chỉnh mạng lưới , nội suy điều chỉnh cho vị trí rover , Định dạng truyền tải điều chỉnh , Tính tốn vị trí rover Cơng việc tính tốn mang lưới giải tất ẩn số cho tất trạm mạng để có bậc ẩn số chung, ảnh hưởng gây ẩn số bị loại bỏ có hai lần sai phân(Euler et al., 2001) Điều chỉnh tính toán mạng sử dụng ẩn số việc quan sát giai đoạn từ trạm tham chiếu mạng để ước tính xác lỗi tương quan khác cho khu vực Một tập trạm từ mạng tham chiếu, gọi cell, chọn để thực việc điều chỉnh cho rover dựa vị trí rover Một trạm cell, thường nằm gần rover, chọn làm trạm Các mơ hình hiệu chỉnh nội suy mạng để xác định ảnh hưởng lỗi liên quan đến vị trí rover tùy thuộc vào khái niệm hiệu chỉnh (máy phụ chính, VRS FKP), Việc nội suy thực phần mềm trạm tham chiếu rover Sự điều chỉnh thực cách rover phần mềm RTK tiêu chuẩn giải chúng Lưu ý rằng, công bố mạng RTCM 3.0 khơng có tiêu chuẩn thức cho việc truyền tải điều chỉnh mạng Sự điều chỉnh nội suy sau áp dụng cho quan sát trạm chính, sau sử dụng rover phần mềm RTK để tính tốn vị trí PHƯƠNG PHÁP Phương pháp đề xuất cách sử dụng hình học để xác định tuyến tính sai số đo đạc định vị tuyệt đối điểm (khơng có sai phân ) độ lớn tuyệt đối tất lỗi đo đạc ảnh hưởng đến vị trí hiệu suất chuyển hướng Khi sử dụng phương pháp khác ,các lỗi đo đạc khác giá trị tuyệt đối sai số phép đo không liên quan đến mức độ thực Điều đặt tiêu chuẩn phần triệu chiều dài đường sở để mô tả độ lớn tập hợp liệu sai số đo đạc Trong mạng RTK xu hướng tuyến tính lỗi mơ hình hóa loại bỏ Do đó,phần lớn triệu chiều dài đường sở lỗi giá trị gradient không ảnh hưởng tới mức độ hoạt động mạng RTK gradient khơng đổi tồn mạng Hình ví dụ điều Đường màu đỏ sai số đo tuyệt đối , có giá trị phần chiều triệu ( xác định độ dốc ) Dòng màu xanh xác định khác biệt sai số đo trạm tham chiếu cách sử dụng trạm xanh tham chiếu đường màu xanh cho thấy sai số đo khác sử dụng trạm màu xanh tham chiếu giả sử lỗi đo đạc tuyến tính mơ hình nội suy tuyến tính cho việc điều chỉnh , rover khơng có sai số đo đạc chế độ mạng RTK Điều độ dốc lỗi đo đạc mơ hình hóa mạng RTK Chen (2003) thảo luận thời gian ngắn thảo luận hiệu ứng thảo luận số I95 tầng điện ly( Wanninger , 2000) HÌNH Hình 1: Là ví dụ khác biệt trạm tham khảo (thể đường màu xanh màu xanh cây) đặc điểm sai số đo trạm tham chiếu Các sai số đo tuyệt đối thể đường màu đỏ Phương pháp viết sử dụng thay đổi độ dốc lỗi đo đạc số hiệu suất mạng RTK Sự tuyến tính mơ hình thể theo hai chiều phép đo tam giác mạng giả sử mạng hai mặt mặt hình tam giác lỗi khu vực tuyến tính bề mặt mặt phẳng(mặc dù khơng nằm ngang) hình 2(phần trên) Còn phi tuyến tính bề mặt xuất chỗ nối cạnh hai mặt (hình 2,dưới) Phương pháp đo đạc thay đổi độ dốc cạnh mạng lưới tam giác 2D dấu hiệu tuyến tính lỗi đo đạc h ình 2: ví dụ hình dạng mạng lưới tam giác hình mạng lưới với lỗi đo đạc tuyến tính hình mạng lưới với lỗi đo đạc phi tuyến tính QUY TRÌNH Việc tính tốn chất lượng thực theo giai đoạn sau: Mạng lưới tam giác Xác định tam giác có chứa trạm rover ba trạm kết nối tương ứng Xác định ba hình tam giác kết nối với cạnh tam giác trạm rover Tính tốn độ dốc mặt phẳng tam giác có chứa rover ba hình tam giác kết nối cách sử dụng mạng cho trạm kết nối Tính tốn khác biệt sườn dốc dọc theo hướng ngã tư mặt phẳng trung tâm với bề mặt bên Tính tốn khoảng cách ngắn vị trí trạm rover mặt phẳng chung mặt phẳng Các tín hiệu ước tính xác định phương sai nó, tức hai điểm có giá trị Các lỗi phụ thuộc vào khoảng cách thêm tương ứng với chiều dài đường sở Raquet (1998)đã đề xuất Phuong pháp bình phương nhỏ phương trình xếp theo thứ tự mà hai sai phân dư trạm trung tâm trạm tham chiếu tính sau: S=- CslsBTB CllBT 1A x B l (5) s vector tín hiệu ước tính (chỉnh sửa) vị trí rover, Csls ma trận phương sai thành phần tín hiệu quan sát mạng tín hiệu dự báo (nội suy vector s ), B ma trận theo dõi, Cll ma trận phương sai theo dõi mạng (vectorl), A ma trận thơng số ước tính, x vector thơng số ước tính, l vector mạng theo dõi Sau có khái niệm trung tâm-phụ phương trình (5) đơn giản cách sử dụng sai khác đơn Như bỏ ma trận B với giả định điêu chỉnh sai khác điều chỉnh không tương quan Phương trình (5) trở thành: s =slsCll1 Bằng cách nghịch đảo Cll, giá trị biến dạng thấp trở thành cao giá trị biến dạng cao trở thành thấp, tải trọng cao theo dõi xác nhân Cll1 với l Hàm phương sai dung để tạo phương sai ma trận Nó tính phương sai ước tính thành phần tín hiệu quan sát Tùy vào đặc điểm hàm phương sai, chức lại có dạng đặc điểm dự đoán khác Alves (2004) cho thấy khác biệt lớn dự đoán đặc điểm số chức phương sai mạng thưa chiều dài tương quan ngắn Sau yêu cầu mà chức thống kê cần thực để phù hợp mạng lưới trạm tham khảo: · Các hàm phương sai nên xác định rõ ma trận thống kê khác · Dự đoán phải đại diện cho lỗi đo trạm tham chiếu giống lỗi đo trạm rover · Các phương sai không hội tụ tăng khoảng cách trạm Kết là, khơng có vị trí trạm tham chiếu để dự đốn lỗi phụ thuộc vào khoảng cách vị trí rover, khơng có phương sai tín hiệu tín hiệu quan sát mạng Hàm phương sai mũ có tất đặc điểm (mô tả trên) mơ hình lỗi phụ thuộc vào khoảng cách trạm phản hàm phương sai, đề xuất Raquet (1998) Marel (1998) đề cập độ cao vệ tinh báo cáo hàm áp dụng báo cáo hàm khoảng cách tất trạm tham chiếu đơn Không cẩn điều chỉnh độ cao vệ tinh sai phân quan sát đơn sử dụng trình xử lí lỗi mẫu,và nội suy thực vệ tinh vệ tinh sở hàm phương sai theo cấp số nhân là: Cf(d)= e…… t chiều dài tương quan, d khoảng cách 3D tất trạm tham chiếu Kết hợp phương trình (4) (6) thành hệ số Vector: Mô tả thiết lập liệu Dữ liệu lựa chọn từ trạm tham chiếu Lower Saxony,Đức, sử dụng cho việc đánh giá phương pháp nội suy số chất lượng sơ đồ bố trí mạng thể hình 3: Hình 3: mạng lưới trạm tham khảo Lower Saxony, Đức khoảng cách đường màu xanh (km) Data was processed with a one second data rate with an elevation mask of 13 degrees, nhiên kết hiển thị 30 giây Thiết lập liệu ngày 31 Tháng 10 năm 2003, ngày sau bão tầng điện ly Lỗi tầng điện ly cho đường sở ngắn lên đến 2,5 phần triệu chiều dài sở tất trạm thu mạng lưới Trimble 4700s Trạm động (0652) nằm bán kính 19 km quanh trạm tham chiếu Chiều dài sở trạm tham chiếu nằm phạm vi từ 30-69 km Đây mạng có quy mơ vừa KẾT QUẢ CHẤT LƯỢNG INDEX Các giá trị số chất lượng tính cho cặp vệ tinh khác sử dụng epoch liệu Các số chất lượng phải rõ ràng đại diện cho mức độ sai số phép đo mạng RTK.chỉ số chất lượng index giá trị thấp có nghĩa lỗi mạng tuyến tính nội suy nên giảm thiểu lỗi rove số chất lượng index giá trị cao có nghĩa lỗi mạng phi tuyến tính liên quan đến phạm vi trạm tham chiếu nội suy nên mơ hình lỗi tương quan Sự sai khác kép L1( giai đoạn truyền tải trạm tham chiếu đơn)và giải pháp mạng RTK giá trị chất lượng so sánh hình từ 8-11 tóm lại, cho thấy giải pháp mạng RTK chất lượng giá trị tương quan cao với Điều cho thấy số chất lượng có vai trò quan trọng mạng lưới giám sát hiệu suất RTK Hình xét cặp vệ tinh 27 10 Trong trường hợp sai khác kép cao đầu thiết lập liệu giảm cuối thiết lập liệu Hình 8: So sánh giá trị chất lượng sai khác kép giai đoạn truyền tải L1 phương pháp trạm tham chiếu đơn nội suy 2D cho vệ tinh 27 10 Hình xét cặp vệ tinh 13 Trong trường hợp số chất lượng liên quan chặt chẽ với hiệu suất mạng RTK Vào lúc bắt đầu thiết lập liệu mạng cho thấy mức độ cải thiện cao phương pháp trạm tham khảo đơn,và số chất lượng tương đối thấp, phù hợp với mạng lưới hoạt động RTK Điều cho thấy số chất lượng dấu hiệu chất lượng mạng RTK , chất lượng trạm tham chiếu RTK đơn Hình 9: So sánh giá trị chất lượng sai khác kép giai đoạn truyền tải L1 phương pháp trạm tham chiếu đơn nội suy 2D cho vệ tinh 13 Ví dụ tiếp theo, thể hình 10, cặp vệ tinh 13 Trong trường hợp số chất lượng liên quan đến hiệu suất mạng RTK,Tuy nhiên có thay đổi lớn kết mạng RTK, thể giá trị chất lượng.ở cuối liệu thiết lập mạng RTK số dư trở nên lớn đa dạng Điều thể gia tăng số chất lượng Hình 10: So sánh giá trị chất lượng với số dư sai khác kép giai đoạn truyền tải L1 phương pháp trạm tham chiếu đơn nội suy 2D cho vệ tinh 13 SỬ DỤNG bảng CHẤT LƯỢNG vị trí khu vực Các kết trước số chất lượng tác động đến việc quan trắc theo dõi sai số phép đo dư sau áp dụng điều chỉnh trạm cố định Đây dấu hiệu điều chỉnh chất lượng trạm tham chiếu khả mạng để nội suy sai số phép đo Một đặc tính quan trọng số chất lượng giá trị độc lập tính cho cặp vệ tinh khác tính chất cho phép dùng số chất lượng để quan trắc độc lập chất lượng đo đạc cặp vệ tinh Các số chất lượng sử dụng để điều chỉnh weighting tương đối quan trắc để down-weight với dự kiến hiệu suất nội suy đo đạc khác Theo kết so sánh tài liệu phương pháp trạm mạng tham chiếu sử dụng tiêu chuẩn observation-weightin kết hợp số chất lượng weighting scheme.Phương pháp giám sát weighting tiêu chuẩn mơ hình phụ thuộc vào độ cao where higher elevationsatellites are given more weight than lower elevationsatellites Tương quan tốn học đo đạc dựa v giám sát vệ tinh sở sử dụng giám sát nhiều sai khác kép.Các liệu tần số kép xử lý Hertz ,các số chất lượng tính 30 giây nội suy khoảng thời gian trung gian Dữ liệu từ trạm rover tĩnh xử lý chế độ động để mô hiệu suất rover khu vực KẾT phạm vi vị trí Kết phạm vi vị trí so sánh phương pháp trạm tham chiếu đơn to the network approach with standard observation weighting and the network approach with the quality indicator weighting Trong hình 11 x, y, z kết vị trí ba trường hợp Dữ liệu ghi nhận ngày sau bão tầng điện li Các lỗi đo đạc giảm theo thời gian Điều giải thích cải thiện định vị theo thời gian Trạm tham chiêu đơn phương pháp mạng tiêu chuẩn có khoảng thời gian mà chúng khơng thể trì fixed ambiguity solution giải pháp mạng sử dụng số chất lượng giải pháp để trì fixed ambiguity solution cho tồn liệu Hình 11: Kết vị trí trạm tham chiếu đơn, phương pháp mạng có khơng có số chất lượng phân tích thêm Hình 12 cho thấy kết vị trí giống hình 11 với quy mơ nhỏ hình cho thấy khác ba giải pháp.Phương pháp trạm tham chiếu đơn rõ ràng hẳn so với giải pháp mạng, đặc biệt phần đầu liệu tầng điện ly hoạt động hơn.sự khác phương pháp trạm tham chiếu đơn phương pháp mạng giảm dần đến phần kết thúc liệu Tuy nhiên thành phần z cho thấy cải thiện điều chỉnh mạng lưới toàn chiều dài liệu.Sự khác biệt phương pháp mạng với weighting quan sát tiêu chuẩn phương pháp mạng với số chất lượng weighting không đáng kể hai giải pháp gần giống hệt Hình 12 : Kết vị trí trạm tham chiếu đơn, phương pháp mạng có khơng có số chất lượng weighting ( phóng to ) Bảng số liệu thống kê vị trí cho ba giải pháp Phương pháp trạm tham khảo đơn hoạt động giải pháp mạng so sánh tất giải pháp (with both float and fixed ambiguities)phương pháp mạng cải thiện cho giải pháp định vị 38 phần trăm Khi sử dụng số chất lượng weighting cải thiện đến 51 phần trăm Mặc dù bước tiến tương đối đáng kể cho phương pháp trạm tham chiếu đơn, the difference between the standard observation weighting and the quality indicator weightingin only in the ability to maintain a fixed ambiguity solution.Trong khoảng thời gian giám sát hai giải pháp mạng khác không đáng kể Mặc dù không đáng kể phương pháp mạng với số chất lượng weighting tốt 0,5% so với giải pháp tiêu chuẩn Bảng : Thống kê vị trí trạm tham chiếu đơn, phương pháp tiếp cận mạng với tiêu chuẩn weighting ,giám sát tất giải pháp cố định giải pháp không xác định , phương pháp mạng với số chất lượng weighting Bảng kết vùng không xác định cho ba giải pháp Hai đặc điểm không xác định trình bày bảng : Tỷ lệ khơng xác định cố định vị trí vùng ( thể Bảng ) liên quan đến lỗi vị trí hình 11 12 Đây tỷ lệ phần trăm không xác định cố định từ vị trí miền kiểm tra giải pháp số liệu thống kê khác biệt Tuy nhiên , phương pháp chất lượng mạng giải tất ẩn số cho toàn chiều dài liệu phương pháp mạng tiêu chuẩn phương pháp mạng tham chiếu đơn phương pháp điều chỉnh gần tất ẩn số , tương ứng 99,8 99,3 phần trăm Đây cải thiện đáng kể sử dụng số chất lượng weighting để cải thiện hiệu suất vị trí miền Thống kê thứ hai tỷ lệ phần trăm ẩn cố định, thay mười giây vào ẩn Các giải pháp float thiết lập lại sau lần thay.có nghĩa lần thay liệu độc lập Điều chứng tỏ sức mạnh giải pháp mạng phương pháp mạng lưới cố định 99,4 phần trăm ẩn số, phương pháp trạm tham chiếu đơn giải 67,4phần trăm Điều cho thấy giải pháp mạng giải ẩn số tốt sau loss of lock , hệ thống khởi động lại khởi động lúc Khơng có khác biệt giám sát tiêu chuẩn weighting số weighting cho thống kê Bảng : Thống kê vùng không xác định trạm tham chiếu đơn, phương pháp mạng có khơng có số weighting Kết luận Bài viết đề xuất số chất lượng hình học dựa giám sát chất lượng mạng RTK Chỉ số chất lượng giám sát tuyến tính lỗi đo đạc mạng tức thời tương ứng với sai khác kép độc lập Các số chất lượng thể qua thời gian ba cặp cặp vệ tinh khác so sánh truyền tải sóng kép L1 Trong tất trường hợp, giá trị chất lượng phụ thuộc vào kết mạng RTK,cho số chất lượng hình học số chất lượng đo đạc sau nội suy áp dụng điều chỉnh.Chỉ số chất lượng sau sử dụng để cải thiện xác vị trí cách sử dụng cơng cụ weighting cho phép đo giải pháp mạng cho hai tiêu chuẩn weighting số chất lượng weighting cho thấy cải tiến đáng ý phương pháp trạm tham chiếu đơn giới hạn độ xác vị trí hiệu suất khơng xác định , trì cố định ẩn số cho toàn liệu , giải pháp tiêu chuẩn weighting rơi vào chế độ float cho 0,2 % liệu Đây khác biệt đáng ý hai cách Khi hai giải pháp cố định ẩn số khác biệt số liệu thống kê giải pháp(trung bình , độ lệch tiêu chuẩn RMS ) nhỏ mộtmilimet Điều cho thấy số chất lượng có hiệu theo dõi giám sát nội suy hiệu suất mạng, có tác động tối thiểu lên giải pháp vị trí miền trường hợp Các phương pháp số chất lượng weighting tốt việc trì t giải pháp ẩn số cố định, nhiên giải pháp cho 0,2% liệu Phần lại khơng có cải tiến đáng ý LỜI CẢM TẠ Các tác giả xin cảm ơn Volker Wegener Zentrale Stelle SAPOS , LGN , Hannover vui lòngcung cấp cho chúng tơi liệu sử dụng để phân tích THAM KHẢO ... phương pháp trạm tham khảo đơn ,và số chất lượng tương đối thấp, phù hợp với mạng lưới hoạt động RTK Điều cho thấy số chất lượng dấu hiệu chất lượng mạng RTK , chất lượng trạm tham chiếu RTK đơn Hình... mạng có quy mơ vừa KẾT QUẢ CHẤT LƯỢNG INDEX Các giá trị số chất lượng tính cho cặp vệ tinh khác sử dụng epoch liệu Các số chất lượng phải rõ ràng đại diện cho mức độ sai số phép đo mạng RTK. chỉ. .. vị trí rover. Sự xác điều chỉnh phụ thuộc vào khoảng cách trạm tham chiếu ,vị trí rover, đặc điểm sai số phép đo Bài viết giới thiệu số chất lượng mạng RTK dựa đặc điểm sai số phép đo Chỉ số cho