Если вы думали о проведении съемок с помощью беспилотника, скорее всего, вы слышали о RTK и PPK – некоторые из самых известных дронов на рынке имеют эти буквы в названии. Но что такое RTK и PPK? Что делают эти технологии, и какую из них выбрать для своего проекта?

Навигационная точность спутниковых данных, определяющих местоположение дрона, в среднем составляет 1.5-2м. В случаях, когда требуется более точное определение местоположения, данные ГНСС необходимо корректировать. Это является очень важной задачей при проведении работ, требующих высокий уровень географической привязки.

Технологии повышения точности ГНСС – не новая идея, но долгое время они были недоступными по цене и мало использовались. Самым распространенным методом при съемке оставалось использование опознаков (ОПВ) – закрепленных объектов на земле, имеющих планово-высотное обоснование.

Опознак (ОПВ)

Эта технология проста и надежна, но проблема с ОПВ заключается в том, что их довольно сложно установить. На большом участке или в условиях сложного рельефа их размещение занимает много времени, особенно при съемке крупных территорий. Процесс может потребовать привлечения большой команды работников, дополнительных транспортных средств и оборудования, а в труднопроходимой местности установка ОПВ может быть даже опасной.

Технологии спутникового позиционирования привели к более быстрым и безопасным решениям повышения точности определения координат и высот спутниковыми методами. Существуют методы дифференциальной коррекции ГНСС – кинематика в реальном времени (Real Time Kinematic, RTK) и кинематика в постобработке (Post Processing Kinematic, PPK). Обе технологии безопаснее ОПВ, поскольку работникам не приходится пересекать труднопроходимую местность для закладки опорных и контрольных точек – это экономит время и ресурсы. PPK и RTK уже много лет используются для повышения точности данных ГНСС до сантиметра

Разница между беспилотниками с PPK и RTK важна, если учесть препятствия и условия окружающей среды, а выбор правильного метода коррекции позволит сэкономить время и затраты на проект. Рассмотрим, чем рабочие процессы PPK отличаются от съемки с RTK, и какое место в них занимает наземный контроль.

Что такое PPK и RTK?

Кинематика в реальном времени (RTK) и кинематика в постобработке (PPK) – это технологии коррекции наблюдений ГНСС, которые собирают данные о местоположении, выявляют ошибки и вносят поправки в данные с беспилотника. Разница между рабочими процессами PPK и RTK заключается в том, когда происходит коррекция. Кинематика в реальном времени (RTK) – это технология коррекции данных о местоположении в реальном времени, то есть в процессе съемки, а кинематика в постобработке (PPK) применяет позиционные поправки после сбора данных. С PPK данные могут быть загружены в облако и обработаны с помощью специализированного программного обеспечения после завершения полета.

RTK и PPK используют наблюдения от двух GNSS-приемников: одно устройство является статическим и называется базовой станцией (например, базовая станция DJI D-RTK 2). Другой приемник – это ровер, который может свободно перемещаться. В случае беспилотников ровер находится на летательном аппарате – например, встроенный модуль на Phantom 4 RTK. Расстояние между базовой станцией и ровером называется базовой линией.

RTK – кинематика в реальном времени

RTK – технология коррекции ошибок спутникового сигнала в режиме реального времени. В этом случае базовая станция знает свои координаты, внесенные пользователем, или усредняет свое местоположение. Она постоянно принимает сигналы со спутников, в каждый момент вычисляет поправку к координатам и после этого отправляет эту поправку на ровер. С помощью этих поправок ровер получает фиксированное решение.

Данные передаются через мобильную связь, радиосвязь, Bluetooth или WiFi, и во время сбора данных требуется постоянное и стабильное соединение базовой станции GNSS с беспилотником.

Для корректировки геоданных RTK нужны четыре постоянные линии связи:

RTK экономит время, поскольку не требует постобработки. Если сигнал был постоянным, данные с абсолютной точностью доступны для фотограмметрической обработки непосредственно с карты памяти камеры после приземления беспилотника. Приятно сразу получать скорректированные данные, однако технология RTK имеет недостатки в реальных условиях, когда препятствия блокируют линии связи, а полеты частично проходят вне зоны действия сигнала.

Технология RTK ограничена мощностью связи наземного и бортового модемов. Если между БПЛА и наземным модемом несколько километров и есть препятствия в виде деревьев или рельефа, есть риск потери связи. Если сигнал потерян, это может привести к потере данных коррекции с возможными неточностями во время полета – в это время данные становятся ненадежными, пока модуль RTK пытается восстановить связь с базовой станцией.

Короткие прерывания телеметрической связи случаются довольно часто, особенно если беспилотник летает над большой территорией. Это может произойти во время поворотов из-за ориентации антенны, из-за препятствий, при обрывистом или ненадежном сигнале. Когда сигнал обрывается, идет время на повторную инициализацию, а данные коррекции для конкретного участка съемки с беспилотника имеют пробелы, где точность снижается до уровня навигационной точности спутниковых данных.

Есть местные поставщики услуг со своими базовыми станциями, которые могут обмениваться своими поправками базы через интернет с помощью технологии NTRIP. Это хороший вариант для районов с сильным покрытием 2G/3G/LTE и обширной сетью баз NTRIP поблизости. В остальных случаях использование локальной базовой станции имеет два преимущества: автономность в отдаленных районах, так как нет необходимости в подключении к интернету, и независимость от местных провайдеров и служб NTRIP.

Плюсы RTK

Точное позиционирование в реальном времени с завершением коррекции сразу после полета.
Если связь постоянная и надежная, ОПВ нужны только для контроля.
Если RTK-соединение обрывается в середине полета, существует программное обеспечение для восстановления данных (например, EZSurv), или обработать в PPK
Беспилотники с поддержкой RTK способны точнее определять свою геолокацию – это ценно при полетах в непосредственной близости от деревьев или проводов.

Минусы RTK

Успех миссии зависит от нескольких технологий и линий связи – сбои более вероятны.
Необходимо стабильное соединение между базовой станцией GNSS или сетью CORS, поддерживающей VRS, с наземной станцией беспилотника, а затем через телеметрическую связь с беспилотником.
Базовая станция и ровер должны иметь постоянное и устойчивое соединение. Потеря сигнала приводит к потере данных.

PPK – кинематика в постобработке

Другой метод коррекции данных ГНСС, кинематика в постобработке (PPK) – имеет совершенно иной рабочий процесс. Необходимо иметь базовую станцию и ровер, и оба устройства должны записывать необработанные данные ГНСС в течение всего рабочего процесса. Дрон отмечает свои данные о положении и с каждым снимком регистрирует метку времени срабатывания затвора. Когда это происходит, база или станция сети CORS также записывает информацию со спутников о местоположении. Во время полета эти два устройства работают независимо, поэтому нет необходимости поддерживать активное соединение между дроном и базой для сбора данных о местоположении.

Эти необработанные данные хранятся без каких-либо вычислений. После завершения работы логи с базовой станции и ровера загружаются на компьютер, где два набора данных объединяются с помощью временных меток, чтобы получить точную информацию о местоположении. Так первоначальные, несколько неточные данные с беспилотника корректируются базовой станцией, где происходит расчет траектории и определяется положение ровера 5 раз в секунду. После этого методом интерполяции вычисляются координаты для записанных меток времени (то есть для снимков).

Если полет проходит в зоне, покрытой сетями CORS, базовая станция не нужна – во многих случаях есть местные поставщики услуг, у которых есть свои собственные базы для записи RINEX файлов. В зоне покрытия сетей референцных базовых станций можно просто использовать их необработанные данные за период времени полета.

Для коррекции с PPK требуются две постоянные линии связи:

Хотя в некоторых ситуациях хочется получить результат сразу, постобработка полетных данных с использованием PPK добавляет съемке дополнительный уровень надежности. Это объясняется тем, что PPK не зависит от силы сигнала или связи между беспилотником и базовой станцией. Системы, оснащенные PPK, обеспечивают большую гибкость и могут летать в более сложных условиях, где сигналы могут быть заблокированы препятствиями. PPK также не требует времени на установку соединения для передачи данных. Дает ли это ощутимую экономию времени – зависит от условий местности и масштаба территории, на которой проводится съемка. С другой стороны, беспилотная съемка с PPK потребует больше времени после полета для коррекции геопривязки собранных данных.

Беспилотник с PPK подходит для более длительных полетов на большие расстояния. Чем дрон дальше от базы, передающей поправки, и чем дольше полет, тем больше вероятность потери связи, поэтому для более длительных полетов лучше подходит PPK.

Плюсы PPK

Более простая установка – нет необходимости в большом количестве линий связи.
Может устранить необходимость в базовой станции, если полет проходит в зоне с покрытием референцных базовых станций. Вместо базы с GNSS можно использовать любую CORS.
PPK не требует сильного уровня сигнала и мобильной связи.
Обеспечивает более надежный и простой рабочий процесс, поскольку не нужно думать о связи между ровером и базой.
Допускает более длинные базовые линии – покрытие RTK работает на базовых линиях до 6 км (D-RTK2), в то время как PPK съемка работает на более длинных базовых линиях, до 30-50 км.
Постобработку можно запускать несколько раз, используя различные настройки.

Минусы PPK

Заключение

БПЛА с RTK/PPK могут корректировать спутниковые данные до сантиметровой точности и делают картографические проекты более точными, экономичными, безопасными и простыми в исполнении. Их использование сокращает количество необходимых наземных контрольных точек, что важно на пересеченной местности и в труднодоступных районах. Это экономит время на подготовку в поле и позволяет работать на гораздо более обширных и сложных участках.

Какой метод коррекции использовать в проекте? Обе технологии похожи, но какая из них лучше – во многом зависит от конкретной задачи и условий, включая мощность сигнала сетевых соединений в регионе, времени на постобработку данных, дальности полета и типа местности.

Все современные дроны DJI, предназначенные для картографирования, поддерживают обе технологии для удобства пользователей. Дроны, оснащенные RTK, хорошо снимут ровную местность без деревьев, гор или других препятствий, которые мешают связи между дроном и базовой станцией. Системы, оснащенные PPK, не зависят от уровня сигнала и от информации от базовой станции в режиме реального времени – это решение иногда предлагается в качестве резервного варианта для RTK.

Источники:

PPK Or RTK – Which is best? – Tom Garnett – August 11, 2021
Difference Between RTK and PPK Surveying Technology – The Constructor.
PPK vs RTK for Surveying – heliguy™ Blog Jun 07, 2022
What is the Difference Between GCPs, PPK, and RTK? – Vision Aerial – Mar 26, 2021.
What’s the difference between PPK and RTK drones, and which one is better? – Wingtra – January 16, 2020.
How It Works: PPK vs RTK Drone Surveying – Propeller Aero – 16.06.2021

Коллеги! Если у вас остались вопросы по данному материалу или вы хотите обсудить какие-то другие темы, касающиеся промышленных беспилотных технологий, присоединяйтесь к нашему телеграм-чату специалистов.