GrafNav/GrafNet. Лучшая программа обработки кинематических ГНСС измерений.

В последние несколько лет использование высокоточного навигационного оборудования на подвижных объектах находит все большее применение.

ГНСС приемники и OEM-платы, комплексированные (ГНСС + ИНС) системы устанавливаются на воздушных, морских и наземных транспортных средствах с целью выполнения различных задач в гражданских и военных отраслях.

Аэросъемка и мониторинг объектов с помощью БПЛА, точное земледелие, морская и речная навигация, высокоточные гидрографические изыскания с координатной привязкой, управление беспилотными автомобилями и иными транспортными средствами — вот лишь неполный перечень областей применения навигационного оборудования.

Пространственные данные о траектории движения транспортного средства, а именно, о трехмерном положении объекта в отдельно взятый момент времени, могут быть получены в режиме реального времени или в процессе постобработки накопленных измерений в специализированном программном обеспечении.

Признанным мировым лидером обработки кинематических ГНСС-измерений по праву является программный пакет GrafNav/GrafNet программных продуктов Waypoint компании NovAtel.

Первая версия программного пакета появилась в 1990-х гг., и уже тогда обладала обширным инструментарием обработки данных. Актуальной в настоящее время версией GrafNav/GrafNet является 8.90. 

Программный пакет состоит из двух программ — GrafNav и GrafNet. 

Программа GrafNet предназначена для обработки и уравнивания данных статических измерений с целью получения высокоточных координат опорных базовых станций съемочной сети (рис. 1), как частный случай — одиночной базовой станции.

Рис. 1 Сеть опорных базовых станций в программе GrafNet

Программа GrafNav предназначена для обработки кинематических ГНСС-измерений, т. е. для высокоточного вычисления траектории движущегося объекта, например, при аэросъемке БПЛА (рис. 2).

Рис. 2 Траектория БПЛА при аэросъемке с метками событий в программе GrafNav

Использование в программном пакете GrafNav/GrafNet данных всех действующих в настоящее время глобальных навигационных спутниковых систем, уточняющей информации сторонних сервисов, а также большое количество настраиваемых параметров обработки позволяет получать результаты с максимальной точностью и надежностью.

Обширный набор средств анализа и контроля качества, как «сырых» данных, так и результатов обработки дают возможность отредактировать загруженные в проект данные и подобрать параметры обработки таким образом, чтобы получить наилучшее решение, надежность которого не вызывала бы никаких сомнений.

GrafNav/GrafNet понимает и принимает в обработку «сырые» данные ГНСС-измерений в оригинальных форматах практически всех основных производителей спутникового навигационного оборудования, а также данные в универсальных форматах RINEX 2.0/2.1/2.2/ 3.0/3.01/3.02/3.03 и RTCM 3.0/3.1/3.2.

Форматы файлов «сырых» измерений ГНСС-оборудования, поддерживаемые программой GrafNav/GrafNet:

-Conexant Juniper/NAVICOR;

-CSI SLX/DGPS Max;

-Hemisphere DGPS Max;

-Javad/Topcon GRIL/OEM;

-Leica MX/SR/System 500/System 1200/MC1000;

-Magellan CAR/MOB/ProMark;

-Magellan (Ashtech/Thales) RT/B-File/DSNP;

-NAVCOM OEM;

-NovAtel OEM2–OEM7/CMC;

-Septentrio SBF;

-Sirf BINARY;

-Trimble DAT/RT/TSIP/TIPY;

-U-BloxAntaris.

Входящая в программное обеспечение Waypoint утилита Download Service Data позволяет скачивать «сырые» данные с тысяч общедоступных постоянно действующих базовых станций, а также файлы точных эфемерид и часов спутников ГНСС с различных общедоступных серверов, что позволяет провести обработку методом РРР.

Таким образом, для многих областей применения, не требующих строгой привязки к пунктам геодезической сети в районе работ, можно получить высокоточные координаты, как статических точек, так и траекторий, не используя дифференциальный режим измерений, и, как следствие, отпадает необходимость использования базовой станции (станций).

Основными особенностями и возможностями программного пакета GrafNav/GrafNet версии 8.90 являются следующие:

— полноценная обработка данных ГНСС по двум частотам GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo и QZSS;

— мультибазовая дифференциальная обработка траекторий от 3-х базовых станций с возможностью загрузки в проект данных с 32-х базовых станций;

— настраиваемая обработка L1 + L2 (включает E5b, B2I) или L1 + L5 (включает E5b, B2a) для различных приложений;

— наличие модуля PPP для высокоточной постобработки ГНСС-измерений одним приемником в автономном режиме (без использования базовых станций);

— обработка в прямом и обратном по времени направлениях с автоматическим формированием комбинированного решения;

— обработка подвижной базовой линии для определения относительного позиционирования и скорости между двумя подвижными антеннами (подвижная база);

— наличие встроенных профилей (шаблонов) обработки данных для воздушных, наземных и морских приложений;

— достижение наилучшей возможной по результатам обработки точности позиционирования, вплоть до сантиметрового уровня;

— загрузка файлов точных эфемерид и часов спутников ГНСС для обработки в режиме РРР, которые можно также использовать для улучшения результатов дифференциальной обработки на длинных и сверхдлинных «базисах»;

— экспорт в формате ASCII, с возможностью создания пользовательского формата;

— прямой экспорт в форматы Google Earth, RIEGL POF/POQ, DXF и SBET;

— отчеты в формате HTML.

Из перечисленных возможностей отдельного внимания заслуживают мультибазовая обработка, обработка в прямом и обратном по времени направлениях, обработка в режиме РРР и встроенные шаблоны обработки с автоматическим распознаванием метода сбора данных.

Остановимся на них подробнее.

Мультибазовая обработка — это вычисление координат точек траектории одновременно от трех базовых станций при возможности загрузки в проект исходной информации с 32-х базовых станций. При этом программа сама определяет, данные каких базовых станций будут использованы в обработке конкретного участка траектории в зависимости от удаленности и качества «сырых» измерений, причем эта комбинация плавно меняется по мере увеличения расстояния от одних базовых станций и приближения к другим.

Пользователю доступны отчеты о количестве используемых базовых станций, расстояниях до них, проценте их использования в решении в виде графиков со шкалой времени по оси Х. Таким образом, программный пакет GrafNav/GrafNet является идеальным инструментом для обработки кинематических ГНСС-измерений (траекторий), полученных на больших по площади или протяженности объектах (рис. 3).

Рис. 3 Мультибазовая обработка траектории БПЛА при аэросъемке

Для упрощения процесса настройки параметров обработки в программе GrafNav уже есть предустановленные настройки (профили) типичных режимов кинематической съемки, выполненной на воде, в воздухе или на земной поверхности (рис. 4).

Рис. 4 Выбор стандартной настройки (профиля) обработки в программе GrafNav

Сбор кинематических данных траектории осуществляется в интервале времени от t0 до tn. Программа GrafNav обладает уникальным алгоритмом обработки в прямом (от t0 до tn) и обратном (от tn до t0) по времени направлениях с последующим комбинированием обоих решений. Сравнение результатов этих решений является одним из основных критериев оценки качества результатов обработки траектории (рис. 5).

Рис. 5 Разности между координатами (∆X, ∆Y и ∆H) точек траектории, полученной при обработке в прямом и обратном по времени направлениях в программе GrafNav

Для получения результатов методом РРР есть возможность выбора режима многократной обработки в прямом и обратном по времени направлениях (Multi-Pass), что позволит наилучшим образом учесть влияние атмосферы на прохождение сигналов от навигационных спутников (рис. 6).

Рис. 6 Выбор режима Multi-Pass при использовании метода PPP

В программе GrafNav предусмотрена возможность вывода результатов обработки в различных форматах, а также настройка пользовательского формата ASCII.

Результаты могут быть экспортированы в необходимой системе координат. Для этих целей программное обеспечение Waypoint обладает обширной библиотекой известных систем координат, а также набором инструментов для создания пользовательской системы координат.

Начиная с версии 8.70, в программах Waypoint возможна подписка на сервис TerraStar NRT, который позволяет получать высокоточные результаты обработки методом РРР уже через 15 минут после сбора «сырых» измерений, так как сервис TerraStar NRT — это доступ к данным высокоточных эфемерид и часов ГНСС-спутников на сервере TerraStar. На общедоступных серверах эта информация появляется спустя 2–3 недели.

На рис. 7 показан график сравнения результатов обработки одной и той же траектории дифференциальным методом от базовой станции и методом РРР с использованием подписки на сервис TerraStar NRT (Enable AR).

Рис. 7 Разности между координатами (∆X, ∆Y и ∆H) точек траектории, полученной дифференциальным методом и методом PPP с использованием сервиса TerraStar NRT

Постоянную составляющую ∆Y можно объяснить возможным различием исходных данных.

Программный пакет GrafNav/ GrafNet на протяжении многих лет успешно применяется в России разработчиками комплексных решений и рядовыми пользователями.

Возможности программы и алгоритмы обработки постоянно совершенствуются и дополняются, что позволяет GrafNav/GrafNet занимать лидирующую позицию в своем сегменте.

Официальным дилером программного обеспечения Waypoint компании NovAtel на территории Российской Федерации является компания «ГНСС плюс».

Авторы статьи:

Воронов Александр Николаевич — директор по развитию «ГНСС плюс».

Козырев Андрей Иванович — ведущий инженер «ГНСС плюс».

Статья в формате pdf опубликована в первом выпуске журнала "Геопрофи" 2021 и доступна для скачивания на официальном сайте журнала.