Большинство специалистов работающих в полевых условиях знают о затратах и проблемах приобретения, установки и эксплуатации собственной базовой станции ГНСС. Сети постоянно действующих базовых станций, бурно развивающиеся в последнее время, широкий выбор сервисов и привлекательные условия подписки к ним, предлагаемые провайдерами, приобретают все большую популярность у пользователей ГНСС оборудования, использующих для своих целей дифференциальный режим. По сравнению с традиционным использованием одиночной базовой станции, сети постоянно действующих базовых станций ГНСС обладают рядом преимуществ:
· отсутствие затрат на создание и эксплуатацию собственной базовой станции ГНСС, что в свою очередь приводит к большей мобильности при расширении географии работ;
· общее повышение надежности получения высокоточных координат в режиме RTK;
· все пользователи работают в едином координатно-временном поле, что практически сводит на нет нестыковки, которые возникают при использовании различных исходных пунктов ГГС;
· долгосрочное хранение сырых данных расширяет возможности пользователя по повторной обработке архивных данных;
· использование технологии VRS (виртуальная базовая станция) позволяет использовать при работе более дешевые ГНСС приемники, например одночастотные.
С начала 1990-х годов компания Geo++® разрабатывает программное обеспечение по управлению сетями базовых станций, постоянно совершенствуя и расширяя услуги, предоставляемые пользователям. Цель программы состоит в том, чтобы рассчитать и учесть все параметры, влияющих на точность определения координат, что в свою очередь дает пользователю возможность выбрать необходимый сервис для решения своих задач.
В традиционном RTK методе коррекционные данные формирует одиночная базовая станция на основе заложенных данных и собственных измерений, таким образом к традиционным погрешностям RTK съемки добавляются погрешности базовой станции (неточности определения местоположения фазового центра ГНСС антенны, погрешность привязки к исходной геодезической сети, условия установки ГНСС антенны).
Принципиальным отличием работы сети базовых станций от традиционного метода RTK является создание единого координатно-временного поля корректирующих поправок на основе мониторингового анализа измерений всех ГНСС станций сети с возможностью привлечения дополнительных метеоданных. Подразумевается, что перед настройкой и запуском сети должна быть произведена корректная привязка к геооснове и кондиционное уравнивание всех ГНСС станций сети.
Компания Geo++ ® предлагает программные решения для создания ГНСС сетей базовых станций любой локализации. Провайдерами таких сетей, предоставляющими услуги коррекции глобальных навигационных спутниковых системы (ГНСС), как на коммерческой основе, так и безвозмездно, как для решения отраслевых задач, так и в научных целях могут быть частные предприниматели, федеральные органы, научные организации, крупные отраслевые компании и т.п. Компания Geo++ ® непрерывно совершенствует свое программное обеспечение, постоянно повышая его надежность и эффективность. Также компания Geo++ ® предлагает услуги калибровки оборудования, которыми пользуются все ведущие производители ГНСС оборудования.
В начале 90-х годов компания Geo++ создала свое программное обеспечение GNSMART (GNSS State Monitoring And Representation Technique) для обработки данных сетей базовых станций и с тех пор постоянно его совершенствует, сохраняя технологическое лидерство в области ПО для сетевых сервисов коррекции ГНСС.
В результате более чем 25-ти летнего опыта в разработке алгоритмов анализа всех параметров влияющих на точность определения координат, сотрудниками компании Geo++ ® была создана усовершенствованная версия программного обеспечения GNSMART – программный комплекс GNSMART2. Потребителям представляется расширенный и надежный комплекс услуг коррекции ГНСС поправок для высокоточного позиционирования.
Второе поколение программного обеспечения Geo++ GNSMART поддерживает все современные глобальные навигационные спутниковые системы, а также все их частоты и сигналы.
GNSMART2 – это лучшее решение при создании ГНСС сетей базовых станций с целью предоставления услуг для высокоточного позиционирования в реальном времени без аппаратных ограничений.
GNSMART2 (GNSS State Monitoring And Representation Technique) – это программное обеспечение, которое используя все доступные источники данных, позволяет быстро и качественно оценивать окружающую ГНСС обстановку, на основе чего предоставляет пользователям надежную корректирующую информацию для решения задач высокоточного позиционирования, использующих как сервис OSR (Observation State Representation), так и сервис SSR (State Space Representation).
В последнее время произошло существенное увеличение спутниковых навигационных систем, их количественного и качественного состава, и этот процесс не останавливается. Совместное использование данных различных спутниковых группировок существенно улучшило точность позиционирования, но характерные для спутниковых наблюдений факторы снижения точности никуда не делись (ошибки орбит, погрешности часов, задержки распространения сигналов ГНСС…). Программное обеспечение GNSMART2 позволяет быстро и эффективно вычислять эти ошибки, формировать и раздавать пользователям различные виды корректирующих данных для решения требуемых задач.
- индивидуально настраиваемая и прозрачная структура программного обеспечения;
- упрощенная и модернизированная визуализация/интерфейс для операторов и пользователей;
- интуитивно понятный интерфейс эксплуатации и управления пользователями;
- поддержка всех спутниковых навигационных систем, всех сигналов и частот;
- базовыми станциями сети могут быть ГНСС приемники любого производителя, желательно, чтобы это были специализированные мультисистемные, мультичастотные приемники для сетей базовых станций;
- возможность привлечение дополнительной информации (метеоданные) для более надежной оценки окружающей ГНСС обстановки;
- сети легко масштабируются как по охватываемой территории, так и по предоставляемым сервисам;
- широкий спектр форматов предоставляемых корректирующих данных подразумевает возможность использования в сети в качестве подвижного приемника (ROVER) ГНСС приемники любого производителя.
- более 20 различных программных модулей для совместимости с любым приемником (аппаратно независимых);
- стандартизированные форматы принимаемых ГНСС данных (RINEX, RTCM) и другие (BINEX);
- в качестве базовых станций в сети могут использоваться приемники разных производителей, использующие различные форматы передачи ГНСС измерений;
- поддержка гетерогенных коммуникационных сетей;
- международный стандарт RTCM выдаваемых корректирующих данных : RTCM3, FKP, Non-Physical Reference Stations, MAC, RTCM3-MSM;
- открытые форматы: SSRZ, SAPA, Compact SSR, …
Ниже приведена базовая конфигурация основных модулей GNSMART2 для настройки ГНСС сети базовых станций с выдачей пользователям поправок RTK. Конфигурация GNSMART2 и, как следствие, спектр и объем входной информации для полного качественного анализа и предоставляемых корректирующих данных, значительно изменились по сравнению с первой версией GNSMART, доступной уже более 25 лет.
Работа основного ядра программы показана на рисунке ниже:
Данные ГНСС измерений базовой станции поступают в программный модуль «RCVR_IN» (т. е. RTCMR_IN). ГНСС данные предварительно обрабатываются с учетом индивидуальных особенностей типа и установки ГНСС приемника каждой базовой станции и записываются в блок исходных данных «ShrdOBS». Основной модуль программы «GPPNET» считывает из «ShrdOBS» информацию о настройках и установке всех подключенных к сети базовых ГНСС станций, а также получает потоки «сырых» измерений.
В программе есть дополнительный блок модулей подключений к внешним источникам эфемеридной информации «ShrdEPH». Модуль «GN_GET_EPH» - подключение к стороннему сетевому серверу сбора эфемеридных данных ГНСС (при наличии), «GN_VALIDATE_EPH» - модуль сбора бортовых эфемерид со всех ГНСС станций сети и модуль «PECLIENT» - подключение к серверам точных эфемерид (при наличии доступа/подписки) и их скачивание. На основе всей полученной эфемеридной информации модуль «GPPNET» проводит анализ ГНСС обстановки и выполняет моделирование координатно-временного пространства для формирования полей различных типов корректирующих данных. «GPPNET» формирует многоканальные потоки для различных модулей, таких как «SSRM2O», который преобразует их в форматы корректирующих данных для высокоточного позиционирования, или «GPPStateViewer» - показывает текущее состояние каждой ГНСС станции сети.
Выходной структурой модуля «SSRM2O» является «Virtual OBS», которую можно представить как индивидуальную таблицу точек доступа для конечных пользователей ГНСС (ROVER) или промежуточных служб (NTRIP), которые могут получить необходимую информацию, подключившись к выходному модулю «MSM_OUT».
GNSMART2 использует новый подход для объединения нескольких процессов «GPPNET». Необходимость запуска нескольких процессов «GPPNET» на разных серверах может быть вызвана использованием в сети большого количества ГНСС станций или объединением нескольких локальных ГНСС сетей. В этом случае можно использовать интеграционный модуль «GPPCNET». Пример объединения двух серверов «GPPNET»показан на следующей схеме:
В зависимости от конфигурации, различные структуры данных «ShrdSTATES» записываются модулями «GPPNET» и «GPPCNET» и обмениваются между различными серверами с помощью программных модулей «GN_SERV_STATES» и «GN_GET_STATES».
Общая память – это область хранения данных на компьютере, которая может совместно использоваться несколькими процессами. В современных операционных системах параллельные компьютерные процессы обычно строго отделены друг от друга, что позволяет избежать взаимных помех, а также предотвратить случайный доступ к данным параллельного процесса. Операционная система обеспечивает параллельным процессам доступ к одним и тем же данным через общую область хранения.
В зависимости от решаемых задач программный комплекс GNSMART2, создает структуры общей памяти, например, для следующих типов данных:
- данные наблюдения ГНСС приемников (структура OBS);
- эфемеридная информация со всех доступных источников (структура EPH);
- ориентация платформы, т. е. азимут, и углы наклона (структура HPR);
- информация о времени, leap seconds (структура TIM);
- данные о состояниях ГНСС приемников (структура STATES).
«GPPNET» создает так называемые многоканальные потоки для процессов анализа ГНСС обстановки в реальном времени. Каждый процесс «GPPNET» формирует поток данных, состоящий из трех каналов:
- Tracking – потоки сырых измерений ГНСС станций сети и их статус;
- Network – информация о ГНСС станциях сети (координаты, антенны, …);
- States – оценки текущего состояния ГНСС с возможностью группирования по признакам, таким как интервалы обновления информации и задержки.
Одним из преимуществ такого многоканального потока является отсутствие необходимости повторять постоянные или долго не меняющиеся значения при обновлении информации. Многоканальные потоки по разным каналам или в разных группах уменьшают объем передаваемых данных. Каждый канал передает различные наборы данных, которые могут быть идентифицированы по времени с любой эпохой ГНСС измерений.
Система «GPP_IP» обеспечивает возможность межпроцессного обмена конкретными предварительно настроенными сообщениями.
Обычно первая запущенная на компьютере программа программного комплекса GNSMART2 активирует систему межпроцессного обмена «GPP_IP». Система «GPP_IP» автоматически завершается, если не может идентифицировать активность программ программного комплекса «GNSMART2».
При запуске программный процесс автоматически регистрируется в системе «GPP_IP». Обозначение владельца «Owner», «Rcvr_ID» и «Out_ID» используется для идентификации в системах «GPP_IP». Трехсимвольная идентификация каждого процесса должна быть уникальной, иначе он не будет зарегистрирован в системе «GPP_IP». Обычно межпроцессорный обмен данными в «GPP_IP» выполняется автоматически. В отдельных случаях некоторые сообщения для запуска определенных процедур (например, завершения процесса) могут быть отправлены конкретному процессу GNSMART2 вручную с помощью программы «GNIPSEND».
Наличие WebUI (веб-интерфейс) позволяют просматривать текущее состояния системы GNSMART2 без установки специализированной программы. Для этой задачи было использовано стороннее серверное программное обеспечение для веб-приложений, написанное на Java – «Apache Tomcat». Веб-службы GNSMART2 предоставляются в виде файлов веб-архива (*. war). War - файлы должны располагаться в папке ..\webapps сервера Apache для Tomcat. После этого WebUI доступен на URL-адресе по определенному порту, по умолчанию для Tomcat это порт 8080.
WebUI «GNUserPortal» позволяет осуществлять администрирование пользователей ГНСС сетей GNSMART2, т.е. их доступ к определенным данным и/или службам, а также позволяет конфигурировать таблицы точек доступа к различным типам RTK поправок по протоколу NTRIP с использованием модуля «GN_CASTER».
Веб-служба «GPPReceiver» предоставляет доступ к просмотру текущего состояние каждой станции.
Веб-служба «GPPStateViewer» показывает текущее состояние отслеживаемых ГНСС сигналов по каждой станции сети и её статус, которые она получает из потоков «SSR-MC».
Все потоки «SSR-MC» отображаются веб-службой «GPPStateViewer» и доступны для детального просмотра. Потоки «SSR-MC» веб-служба «GPPStateViewer» обнаруживает автоматически, но по умолчанию они не отображаются. Чтобы начать показ содержимого потока «SSR-MC» необходимо нажать кнопку «Play» в разделе «Settings». Потоки данных могут быть воспроизведены параллельно независимо друг от друга при нажатии кнопки «Play» в конце каждой строки потока или в верхней части для всех потоков. Воспроизводимый поток появляется в ниспадающем «дереве» слева на экране пользователя. Пример отображаемой информации приведен на рисунке далее:
«GPPIntegrator» показывает текущую обстановку ГНСС поданным модуля «GPPCNET».
Веб-служба «GNSMON» предоставляет краткий обзор сети базовых ГНСС станций «GNSMART2» и ГНСС приемников пользователей, работающих в данной сети. На основе картографических веб-сервисов, например таких, как «OpenStreetMap», «Google Maps» и т. д.. Различные типы справочной онлайн информации или данные по истории подключенных базовых ГНСС станций и подвижных ГНСС приемниках, работавших в сети могут быть просмотрены при помощи одного клика «мышкой». Особенно важна информация о местоположении ГНСС базовой станции и подвижном приемнике и его состоянии (не получает поправки RTK, есть поток поправок RTK, нет фиксированного решения).
GPPCOMMAND – модуль веб-сервиса, позволяющий без использования интерфейса программы «GNSMART2» изменять настройки в некоторых модулях программы, например можно перезагрузить (reset) модуль «GPPNET» или включить/отключить ГНСС системы и спутники из принимаемых потоков данных с ГНСС станций сети. Список редактируемых этим модулем настроек и самих модулей будет расширяться.
