PPK – Kinematyczne Pozycjonowanie Postprocesowe w pomiarach

Definicja

Kinematyka Postprocesowa (PPK) to zaawansowana technika pozycjonowania GNSS, zapewniająca dokładność na poziomie centymetra poprzez jednoczesny zapis surowych danych satelitarnych na stacjonarnej stacji bazowej i ruchomym roverze (np. dronie, tyczce pomiarowej lub pojeździe). Po zakończeniu pracy terenowej zbiory danych są łączone i przetwarzane w specjalistycznym oprogramowaniu w celu korekcji błędów GNSS, co skutkuje bardzo precyzyjnym określeniem pozycji do mapowania i pomiarów. W przeciwieństwie do RTK, PPK nie wymaga łącza danych na żywo podczas zbierania danych, co pozwala uzyskać niezawodne, wysokoprecyzyjne wyniki nawet w odległych lub przesłoniętych miejscach.

Jak działa PPK

PPK opiera się na różnicowym pozycjonowaniu GNSS. Zarówno odbiornik bazowy, jak i rover rejestrują surowe obserwacje – pomiary pseudoodległości i fazy nośnej – z wielu konstelacji satelitarnych (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou). Podczas postprocesingu dane rovera są korygowane na podstawie znanej pozycji bazy, eliminując wspólne błędy, takie jak opóźnienia atmosferyczne czy niedokładności orbit satelitów.

Kluczowe etapy:

• Rejestracja surowych danych: Oba odbiorniki zapisują wszystkie sygnały satelitarne podczas pomiaru.
• Synchronizacja: Po pomiarze logi są importowane do oprogramowania PPK, aby wyrównać epoki i zdarzenia (np. wyzwolenia aparatu drona).
• Aplikacja poprawek: Oprogramowanie oblicza poprawki na podstawie znanych współrzędnych bazy i stosuje je do danych rovera.
• Rozwiązanie niejednoznaczności: Rozwiązywane są niejednoznaczności fazy nośnej, co umożliwia dokładność centymetrową.
• Wynik: Skorygowane pozycje są eksportowane do dalszego wykorzystania w mapowaniu, fotogrametrii lub GIS.

Elastyczność PPK pozwala na wielokrotne przetwarzanie danych z użyciem nowszych danych referencyjnych lub ulepszonych algorytmów, zapewniając długoterminową wartość zgromadzonych danych.

Przebieg pomiaru PPK

1. Przygotowanie: Sprawdź, czy zarówno baza, jak i rover obsługują rejestrację surowych danych GNSS. Zsynchronizuj zegary i, w przypadku dronów, zadbaj o precyzyjne logowanie zdarzeń wyzwolenia aparatu.
2. Zbieranie danych: Ustaw stację bazową w znanym miejscu z dobrym widokiem nieba. Rover pracuje zgodnie z potrzebami, zapisując surowe dane GNSS oraz (w przypadku mapowania lotniczego) dokładne czasy zdjęć.
3. Pozyskanie danych referencyjnych: Skorzystaj z własnej bazy lub pobierz dane CORS z okna czasowego pomiaru, jeśli są dostępne i kompatybilne.
4. Postprocesing: Zaimportuj dane z bazy i rovera do oprogramowania PPK, wyrównaj epoki i zdarzenia oraz skonfiguruj ustawienia przetwarzania (konstelacje, długość bazy, rozwiązanie niejednoznaczności).
5. Integracja: Wyeksportuj skorygowane pozycje do użycia w fotogrametrii, mapowaniu lub oprogramowaniu pomiarowym. Zweryfikuj wyniki za pomocą naziemnych punktów kontrolnych lub punktów kontrolnych, jeśli są dostępne.

PPK a RTK: Kluczowe różnice

Kluczowe pojęcia i terminy

• GNSS: Systemy satelitarne zapewniające globalne pozycjonowanie (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou).
• Stacja bazowa: Stacjonarny odbiornik GNSS o znanej pozycji, rejestruje dane referencyjne.
• Rover: Mobilny odbiornik GNSS (dron, tyczka, pojazd).
• RINEX: Standardowy format surowych danych GNSS (.obs dla obserwacji, .nav dla nawigacji).
• Epoka: Oznaczony czasowo zestaw pomiarów satelitarnych.
• Rozwiązanie niejednoznaczności: Ustalenie liczby całkowitych cykli fazy nośnej w celu uzyskania dokładności centymetrowej.
• Baza: Odległość między stacją bazową a roverem (im krótsza, tym lepsza dokładność).
• Wielodroga: Odbicia sygnałów powodujące błędy GNSS.
• Naziemne punkty kontrolne (GCP): Wyznaczone punkty używane do weryfikacji lub kalibracji wyników mapowania.

Przykładowe zastosowania

• Fotogrametria dronowa: PPK precyzyjnie geotaguje zdjęcia, ograniczając konieczność stosowania GCP i przyspieszając procesy mapowania.
• Pomiary topograficzne i graniczne: Umożliwia wykonanie dokładnych map prawnych lub inżynierskich nawet w trudno dostępnych lub przesłoniętych miejscach.
• Rolnictwo precyzyjne: Mapowanie granic pól i infrastruktury z dużą dokładnością dla maszyn autonomicznych.
• Budownictwo i górnictwo: Wspiera modelowanie terenu, obliczanie objętości i dokumentację w miejscach, gdzie łączność na żywo może zawodzić.
• Hydrografia: Georeferencjonowanie danych z echosondy lub LiDAR na akwenach do mapowania batymetrycznego.
• Walidacja pojazdów autonomicznych: Dostarcza referencyjnych trajektorii do testowania i kalibracji systemów nawigacyjnych.

Wymagania dotyczące danych i typy plików PPK

Upewnij się, że wszystkie dane:

• Mają kompatybilne formaty i systemy czasu,
• Obejmują ten sam zakres czasowy,
• Zawierają zgodne konstelacje i częstotliwości satelitów.

Sprzęt, urządzenia i oprogramowanie

• Odbiorniki: Muszą obsługiwać rejestrację surowych danych (zalecane wieloczęstotliwościowe, wielokonstelacyjne); przykłady to Emlid Reach RS3, DJI D-RTK 2, ArduSimple simpleRTK2B.
• Drony: Bezzałogowce klasy pomiarowej (DJI Phantom 4 RTK, Matrice 350 RTK, Mavic 3 Enterprise) z modułami GNSS i złączem hot shoe do rejestracji zdarzeń aparatu.
• Pamięć: Wystarczająca ilość pamięci pokładowej, aby uniknąć utraty danych.
• Oprogramowanie do przetwarzania: Popularne opcje to RTKLIB (open-source), Emlid Studio, Propeller PPK, DJI Terra oraz Hydromagic.
• Pakiety fotogrametryczne: Agisoft Metashape, Pix4D, DJI Terra i inne akceptują pozycje skorygowane PPK do precyzyjnego mapowania.

Podsumowanie

PPK to niezbędne narzędzie nowoczesnych, precyzyjnych pomiarów GNSS. Oddzielając proces korekcji pozycji od komunikacji na żywo, umożliwia specjalistom niezawodne mapowanie i zbieranie danych w dowolnym środowisku. Jego elastyczność, audytowalność i możliwość uzyskania dokładności centymetrowej sprawiają, że jest to preferowany wybór do mapowania dronowego, pomiarów gruntów oraz badań naukowych.

Dodatkowe materiały

• Emlid – Czym jest PPK?
• National Geodetic Survey – Sieć CORS
• Dokumentacja RTKLIB

W celu kompleksowego poznania przebiegu pracy z PPK, tutoriali programów oraz recenzji sprzętu – skontaktuj się z naszym zespołem lub umów prezentację na żywo.