Tecnología Trimble xfill

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1 Tecnología Trimble xfill INTRODUCCIÓN Trimble ha desarrollado el nuevo sistema RTK Trimble xfill y en el presente documento se examinan los distintos aspectos de esta potente mejora en la medición RTK, que aumenta tan significativamente la productividad en el campo. Durante los periodos donde se pierde el enlace de radio con el flujo de correcciones provenientes de una estación base convencional simple o una red RTK de estaciones de referencia virtuales (VRS), Trimble xfill ofrece una tecnología que permite continuar con los trabajos de topografía durante breves períodos con precisiones de nivel topográfico. Para lograr posicionamiento centimétrico con las señales GNSS, Trimble xfill proporciona un flujo de correcciones especializado emitido por satélites de banda L, que se genera usando tecnología Trimble Real time extended (RTX). TECNOLOGÍA TRIMBLE RTX La tecnología de posicionamiento RTX recientemente desarrollada por Trimble ofrece a los usuarios posicionamiento centimétrico en tiempo real en cualquier lugar de la superficie terrestre. Este nuevo método de posicionamiento se basa en la generación y envío de correcciones satelitales precisas (órbita, relojes y sesgo del sistema) a escala global mediante enlaces de satélites de banda L o por Internet. La infraestructura general del sistema puede verse en el organigrama esquemático de la Figura 1. Figura 1. Infraestructura de tecnología de posicionamiento Trimble RTX Los datos de las distintas estaciones de monitoreo distribuidas por todo el globo terrestre son registrados y transmitidos por internet a los centros de operación. Éstos (rodeados de un cuadro de guiones en la Figura 1) son redundantes a fin de asegurar una disponibilidad de datos del sistema muy alta (~100%). Si hay un requerimiento operacional, la fuente del flujo de correcciones puede conmutar automáticamente entre los centros de operación redundantes y/o los servidores de los centros de procesamiento. Dentro de los centros de operación, se usan servidores de comunicación redundantes para transmitir los datos de observación de la red a los servidores de procesamiento de datos. Estos servidores acogen los procesadores de red, los cuales generan datos de órbitas, relojes de satélite y modelos precisos que corrigen los errores de las observaciones, y que tienen validez en cualquier ubicación del mundo. Los datos precisos de los satélites generados por los procesadores de red son comprimidos en mensajes compatibles con el formato CMRx (desarrollado específicamente para la transmisión de información satelital que sea compatible con el posicionamiento RTK). Los mensajes entonces se enrutan a cualquiera de las estaciones de enlace de subida al satélite, o se ponen a disposición de los usuarios en internet. La red de estaciones de monitoreo Trimble RTX comprende actualmente unas 100 estaciones distribuidas por todo el mundo, tal como se muestra en la Figura 2.

2 Figura 2. Distribución de la red de estaciones de monitoreo de Trimble RTX TRIMBLE XFILL: EL CONCEPTO La tecnología Trimble xfill permite a los receptores Trimble antena-receptor SPS985 y receptor modular SPS855 (que realizan operaciones de medición RTK con una estación base o con un sistema VRS) beneficiarse de las características fundamentales de la tecnología Trimble RTX. En la actualidad la mayoría de los sistemas RTK dependen de las comunicaciones por radio o por teléfono celular (a través de internet) para recibir correcciones de una estación de referencia. En la Figura 3 se ilustran estos dos tipos de flujos de correcciones RTK. Figura 3. Fuentes de corrección posibles para la mayoría de los sistemas RTK: una única estación de referencia física o la estación virtual VRS. En la Figura 4 se muestra un caso típico de pérdida de conexión vía radio, que ilustra la obstrucción de las señales de radio a causa de un edificio. La pérdida de recepción de las señales ocurre en las ubicaciones de los receptores móviles donde el edificio se encuentra entre el usuario y la radio transmisora de correcciones de la estación base de referencia, lo que suspende el posicionamiento RTK. Puede ocurrir lo mismo cuando el usuario de VRS se encuentra en una zona donde hay un edificio alto o colinas que bloquean la comunicación con la torre de telefonía móvil.

3 Figura 4. Pérdida de recepción de las correcciones de radio a causa de un edificio. Actualmente la tecnología Trimble RTX potencia los servicios de posicionamiento autónomo para diversas aplicaciones que no son de topografía. xfill, que es una característica incluida en los receptores Trimble antenareceptor SPS985 y receptor modular SPS855 que usa la infraestructura RTX para extender los métodos de medición RTK y VRS. En la Figura 5 se puede ver la multitud de flujos de correcciones GNSS disponibles en este momento para los usuarios de Trimble RTK con la introducción de la tecnología Trimble xfill. Figura 5. Tipos de flujos de correcciones GNSS para los usuarios Trimble RTK con tecnología Trimble xfill En las zonas con cobertura de satélites Trimble RTX, los receptores GPS Trimble SPS985 y SPS855 con la opción xfill operativa permite la entrada simultánea de correcciones de una estación base, flujos de correcciones VRS y flujos de datos RTX. En el caso de que se pierdan las correcciones, como en el ejemplo mostrado en la Figura 4, las correcciones Trimble RTX proporcionarán un mecanismo para mantener el posicionamiento RTK de alta precisión basándose simplemente en las observables GNSS del receptor móvil. Esto "rellena el vacío" causado por la pérdida del flujo de correcciones principales. En la Figura 6 se ilustra el comportamiento previsto de un receptor Trimble SPS985 en este mismo caso.

4 Figura 6. Comportamiento previsto del receptor SPS985 usando tecnología Trimble xfill. El receptor móvil recibe continuamente la señal Trimble RTX siempre que mantenga una visual con el satélite de banda L. Por ello, la señal está disponible para mantener el procesamiento de datos RTK ininterrumpidamente. La tecnología Trimble xfill permite a los topógrafos que emplean los receptores Trimble SPS985 y SPS855 ampliar su productividad en zonas donde la recepción de correcciones principales no sea óptima. CÓMO FUNCIONA? Para entender cómo funciona xfill, sería útil repasar los principios de funcionamiento del RTK diferencial. Cuando se trabaja con una estación base de referencia, los datos GNSS del receptor móvil y de la estación base son muy parecidos. Estos errores comunes están en función de los errores del reloj, del satélite, los errores de la órbita del satélite, los efectos de la atmósfera y los sesgos de la medición y, como estos errores son bastante uniformes entre el móvil y la estación base de referencia, al combinar ambos conjuntos de mediciones en su mayoría se eliminan. Los errores residuales resultantes generalmente son tan pequeños que permiten un posicionamiento con precisión relativa a nivel centimétrico, tal como se ilustra en la Figura 7. Figura 7. Modelado del error RTK diferencial con una estación base o con VRS. La tecnología Trimble xfill es capaz de generar posiciones RTK con niveles de precisión parecidos a los de RTK diferencial tradicional ya que aborda la misma fuente de errores, pero lo hace de una forma diferente. Los errores del reloj del satélite, de la órbita y los sesgos de medición que elimina el procesamiento RTK diferencial son modelados y transmitidos como parte del flujo de correcciones de Trimble RTX. Estos errores residuales se convierten en conocidos y son tenidos en cuenta al procesar las medidas del receptor móvil. Por otro lado, los errores atmosféricos se resuelven con algoritmos específicamente desarrollados para el sistema Trimble RTX, reduciendo cualquier efecto residual a un nivel aceptable para las aplicaciones de posicionamiento GNSS de alta precisión. Como resultado, el procesamiento de datos Trimble RTX proporciona un modelo de los errores residuales de las observaciones comparable al obtenido con el RTK diferencial, tal como se ilustra en la Figura 8.

5 Figura 8. Modelado del error con Trimble RTX. ASPECTOS DEL RENDIMIENTO Uno de los beneficios más importantes de Trimble xfill es que está disponible de manera instantánea en cuanto se pierde la señal RTK. Trimble xfill está disponible para apoyar la medición RTK en el instante en que se pierde el flujo de correcciones principal. Los usuarios que trabajan en RTK emplean marcos de referencia (sistemas de coordenadas) diferentes. Aunque todos los cálculos y generación del flujo de correcciones en Trimble RTX están basados en el Marco de Referencia Terrestre Internacional de 2008 (ITRF08), el procesamiento de Trimble xfill proporciona coordenadas en el marco de referencia que se está utilizando. No obstante, para garantizar el mejor rendimiento, debe elegirse un marco de referencia RTK cercano al ITRF08 (o WGS84). En lo que respecta al rendimiento de precisión, xfill puede generar resultados de posicionamiento con una precisión horizontal prevista de RTK + 10 mm/minuto a nivel de Distancia RMS (DRMS). (Véase la Tabla 1. Características de Trimble xfill). El rendimiento real dependerá de la visibilidad de satélites, la geometría y los errores por multi trayectoria del receptor móvil. Una vez activado xfill, el crecimiento de errores es lento y principalmente de comportamiento lineal y estará representado por un aumento de las precisiones notificadas. Si la fuente de correcciones principales no puede restablecerse (estación base o VRS), cuando la precisión exceda la tolerancia especificada por el usuario para el modo de medición se dejarán de guardar puntos automáticamente. En cuanto la fuente de correcciones se reanude, incluso por un segundo, las precisiones se restablecerán de forma efectiva al nivel notificado antes de cambiar a xfill (dependiendo de los cambios de visibilidad de satélites). Actualmente, los receptores SPS985 y SPS855 continuarán proporcionando posicionamiento xfill durante 5 minutos tras la pérdida de conexión de la fuente principal de correcciones RTK. El rendimiento óptimo requiere también un rastreo continuo de las señales GNSS, es decir, se requiere una visibilidad aceptable de satélites. Cuando el número de satélites rastreados sea inferior a cuatro, la solución xfill se interrumpirá hasta que se restablezca el enlace de radio y puedan verse cinco satélites. Esto es similar al fundamento del RTK estándar, donde se requiere un mínimo de cuatro satélites. Sin embargo, el motor de procesamiento RTK integrado en los receptores GNSS SPS985 y SPS855 asegurará una convergencia rápida que permita conseguir posiciones con precisión de nivel topográfico una vez que haya cinco satélites visibles. A continuación se muestran los gráficos de errores de posición en las Figuras 9 y 10 mostrando el comportamiento real obtenido durante una prueba con xfill. Cada gráfico contiene 5 minutos de posicionamiento VRS seguido de 5 minutos de xfill, habiendo para ello desconectado el flujo de correcciones principal. En estos ejemplos puede observarse la deriva gradual de la posición tan característica de xfill acompañada por un aumento de las precisiones informadas. La versión actual del firmware de los receptores SPS985 y SPS855 limita la duración de xfill a 5 minutos para adaptarse a los umbrales de precisión de medición típicos usados con Trimble SCS900.

6 Figura 9. Ejemplo de error de posicionamiento horizontal durante la extensión de medición RTK con xfill. Figura 10. Ejemplo de error de posicionamiento vertical durante la extensión de medición RTK con xfill.

7 USO DE XFILL CON TRIMBLE SCS900 xfill se aplica a las mediciones RTK realizadas con los receptores SPS985 y SPS855 empleando el programa de campo Trimble SCS900. Cuando se pierde el flujo de correcciones RTK, Trimble SCS900 conmuta automáticamente de RTK convencional mediante estación base o VRS a Trimble xfill. Cuando xfill está activado, Trimble SCS900 muestra "xfill" en la barra de estado junto con las precisiones estimadas, tal como se muestra en las Figuras 11, 12 y 13. Figura 11. El programa SCS900 notifica que el receptor GNSS ha perdido la conexión con la fuente inicial de correcciones RTK. Figura 12. La barra de estado muestra el icono xfill activado en el programa SCS900.

8 Figura 13. La barra de estado del programa SCS900 muestra la precisión xfill. CONCLUSIÓN xfill es una nueva tecnología desarrollada por Trimble que permite a los usuarios de sistemas RTK beneficiarse del servicio satelital de banda L Trimble RTX. Los métodos tradicionales usados por el RTK diferencial son mejorados con un modelado avanzado y un cálculo de los errores GNSS, como cambios en la órbita del satélite, sesgo del reloj y errores del sistema. Disponible para los receptores SPS985 y SPS855, xfill supera los períodos de pérdida de conexión a Internet o al enlace de radio de la estación base, que constituyen la causa principal de la reducción de correcciones RTK. Se proporciona un posicionamiento continuo a la vez que se mantiene la precisión a nivel topográfico durante muchos minutos. No hay demoras ya que xfill se activa automáticamente. El resultado es un menor tiempo de inactividad y una máxima productividad. Tabla 1. Características de Trimble xfill. Tiempo de operación de la fuente de correcciones RTK principal (una estación base, VRS) antes de que se active Trimble xfill Tiempo de convergencia una vez que se activa Trimble xfill Tiempo de pérdida de conexión máximo (de la fuente de correcciones principales) Precisión horizontal típica 1 Precisión vertical típica 1 Marco de referencia Características de Trimble xfill Una única medida con la precisión requerida Cero 5 minutos RTK mm/minuto RMS RTK mm/minuto RMS El mismo que la fuente de correcciones RTK principal Notas acerca de la tabla: 1. Los valores de precisión dependen de la disponibilidad de satélites GNSS. El posicionamiento xfill termina cuando la radio ha estado inactiva durante 5 minutos. 2. RTK se refiere a la última precisión obtenida antes de la pérdida de la fuente de corrección e inicio de xfill.