Gustavo Noguera de la Universidad Nacional de Rosario República Argentina

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1 Filminas de las presentaciones realizadas por: Gustavo Noguera de la Universidad Nacional de Rosario República Argentina Roberto Pérez Rodino de la Universidad de la República (UDELAR) de la República Oriental del Uruguay En el marco del curso Introductorio de Posicionamiento GNSS en Tiempo Real de la Escuela IAG-IPGH-SIRGAS realizado en Concepción República de Chile los días 24, 25 y 26 octubre de 2012

2 Integrantes del proyecto: PROYECTO SIRGAS RT (Tiempo Real) Sergio Cimbaro Jardel Fazan Melvin Hoyer Gustavo Noguera Roberto Pérez Rodino Ruddy Rezza Giovanni Royero Norbertino Suárez IGN Argentina IBGE Brasil Univ. Zulia Venezuela Univ. Rosario Argentina Univ. de la República Uruguay COFOPRI Perú Univ. Zulia Venezuela SGM Uruguay

3 Introducción En 2008 creado como Proyecto Piloto SIRGAS RT En 2011 se oficializa como Proyecto SIRGAS RT duración de 4 años Es aprobado por parte del IPGH la actividad: Evaluación y aplicaciones de tiempo real en SIRGAS

4 Introducción Algunos OBJETIVOS de SIRGAS RT Promover el desarrollo del conocimiento geodésico y posibilitar la transferencia tecnológica en aplicaciones en Tiempo Real en América Latina, tomando como base las redes de estaciones permanentes GNSS en la región, utilizando protocolos de transmisión en Tiempo Real de correcciones GNSS y otros datos concordantes, en el marco de SIRGAS. Hacer especial énfasis en compartir conocimientos sobre geodesia entre las comunidades tecnológicas que hacen uso de la disciplina, destacando la importancia del acceso al marco de referencia en el posicionamiento en Tiempo Real, garantizando la georreferenciación adecuada de los resultados.

5 GNSS en Tiempo REAL? NTRIP?

6 Protocolo NTRIP NTRIP es una sigla: Networked Transport of RTCM vía Internet Protocol RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services (Red de Transporte de Formato RTCM a través del Protocolo de Internet) Desarrollado por el BKG Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (Agencia Federal Alemana de Cartografía y Geodesia)

7 Protocolo NTRIP Esta basado en el protocolo de hipertexto HTTP/1.1 (Hypertext Transfer Protocol versión 1.1) Basado en el popular estándar HTTP streaming; por medio del protocolo Internet (IP) Es capaz de atravesar firewall y proxies que permiten el paso de http estándar La finalidad es dar acceso y mejorar el flujo de datos de estaciones de referencia GNSS o datos a una variedad de Clientes / Usuarios a través de Internet Los datos enviados pueden ser formatos RTCM y también para raw data y otros tipos de datos como ser corrección de relojes, efemérides, etc.

8 Usuarios Protocolo NTRIP Potencial para uso masivo; difusión de cientos de streams, y conexión simultánea de miles de usuarios posibles. Dado que el caster constituye el nodo distribuidor de las señales, para radiodifusión (brodcast) en Internet Distribución Brodcast Caster Permite streaming a través de cualquier red IP móvil debido al uso de TCP/IP, por lo que los celulares o los modem GPRS o 3G son los adecuados para conectar el streaming de datos a una PC, a una tablet, a una PDA, o a un receptor GNSS, etc. Permite que aun con recursos limitados sea relativamente fácil de implementar el servicio de datos

9 Esquema del sistema NTRIP

10 Posicionamiento Relativo GPS en Tiempo Real DGPS: se transmiten las correcciones a las observaciones de código obtenidas en el receptor base al remoto, este aplica las correcciones a sus observaciones y obtiene sus coordenadas corregidas. Precisión: m RTK: se transmiten las observaciones de código y fase del receptor base al remoto, este hace el cálculo del vector (proces. fase: inicialz., resol. ambig ) y obtiene sus coordenadas. Generalmente se usa L1 y L2. Precisión: cm

11 NTRIP Transmisión de datos de las Estaciones Permanentes utilizando el protocolo NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) 1 o mas 1 o mas

12 NTRIP Se transmite el mensaje RTCM, que incluye los datos y correcciones para DGPS y RTK. Al transmitir el mensaje RTCM en tiempo real, esta técnica permite hacer lo mismo que en el RTK convencional, pero sin la necesidad de base propia, también sirve como fuente de corrección para DGPS. Se reemplaza la radio por internet Como el acceso a los datos y correcciones es vía Internet, hace falta contar con conectividad en la zona de medición, p. ej. Internet móvil, módem 3G. Al principio: UNRO UCOR LPGS UNSA en caster BKG Reciente caster IGN, estaciones RAMSAC: También en: > tiempo real

13 RTCM Formatos de datos RTCM 2.0: Correcciones a las pseudodistancias, DGPS Mensajes 1, 3, 9, Precisión del órden del metro RTCM 2.1 y 2.2: Observaciones de fase, RTK Mensajes 18, 19, 20, 21, Precisión centimétrica RTCM 2.3: se agrega GLONASS, RTK Mensajes 18, 19, 20, 21, Precisión centimétrica RTCM 3.0: optimiza ancho de banda, RTK Mensajes 1004, 1006, etc,precisión centimétrica

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18 Protocolo TCP/IP Es un protocolo que proporciona transmisión fiable de paquetes de datos sobre redes. El nombre TCP / IP Proviene de dos protocolos: el Transport Control Protocol (TCP) el Internet Protocol (IP) El TCP / IP es la base del Internet. Enlaza computadoras que usan diferentes sistemas operativos, PCs, minicomputadoras, servidores, etc. TCP / IP fue desarrollado y demostrado por primera vez en 1972 por el departamento de defensa de los Estados Unidos, ejecutándolo en el ARPANET una red de área extensa del departamento de defensa. Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET)

19 Capas conceptuales Pensemos los módulos del software de protocolos en una pila vertical constituida por capas. Cada capa tiene la responsabilidad de manejar una parte del problema. Receptor Capa n Capa 3 Capa 2 Capa1 Receptor Capa n Capa 3 Capa 2 Capa1 RED

20 Conceptualmente podemos establecer que enviar un mensaje desde un programa de aplicación en una maquina hacia un programa de aplicaciones en otra, significa transferir el mensaje hacia abajo, por las capas sucesivas del software de protocolo en la maquina emisora, transferir un mensaje a través de la red y luego, transferir el mensaje hacia arriba, a través de las capas sucesivas del software de protocolo en la maquina receptora. Emisor... Receptor... Capa IP Capa IP Capa IP Capa IP Interfaz Interfaz Interfaz Interfaz RED 1 RED 2 RED 3

21 Capas del TCP/IP CAPAS CONCEPTUALES Aplicación Transporte Internet Interfaz de Red PASO DE OBJETOS ENTRE CAPAS FLUJOS O MENSAJES PAQUETES DE PROTOCOLOS DE TRANSPORTE DATAGRAMA IP TRAMAS ESPECIFICAS DE RED Hardware

22 Capa de aplicación Es el nivel mas alto, los usuarios llaman a una aplicación que acceda servicios disponibles a través de la red de redes TCP/IP. Una aplicación interactúa con uno de los protocolos de nivel de transporte para enviar o recibir datos. Cada programa de aplicación selecciona el tipo de transporte necesario, el cual puede ser una secuencia de mensajes individuales o un flujo continuo de octetos. El programa de aplicación pasa los datos en la forma requerida hacia el nivel de transporte para su entrega. Ejemplos HTTP, FTP, POP3. NTRIP

23 Capa de Transporte La principal tarea de la capa de transporte es proporcionar la comunicación entre un programa de aplicación y otro. Este tipo de comunicación se conoce frecuentemente como comunicación punto a punto. La capa de transporte regula el flujo de información. Puede también proporcionar un transporte confiable, asegurando que los datos lleguen sin errores y en secuencia. El software de transporte divide el flujo de en pequeños fragmentos (paquetes) estos, contienen una dirección de destino, hacia la siguiente capa de transmisión. Una computadora puede tener varios programas de aplicación accediendo a la red de redes al mismo tiempo. Para esto, se añade información adicional a cada paquete, que identifican qué programa de aplicación la envía y qué programa debe recibirla, así como elementos de verificación

24 Capa de Internet La capa Internet maneja la comunicación de una máquina a otra. Ésta acepta una solicitud para enviar un paquete desde la capa de transporte, junto con una identificación de la máquina, hacia la que se debe enviar el paquete. La capa Internet también maneja la entrada de datagramas, verifica su validez y utiliza un algoritmo de ruteo para decidir si el datagrama debe procesarse de manera local o debe ser transmitido. Para el caso de los datagramas direccionados hacia la máquina local, el software de la capa de red de redes borra el encabezado del datagrama y selecciona, de entre varios protocolos de transporte, un protocolo con el que manejará el paquete. Por último, la capa Internet envía los mensajes ICMP de error y control necesarios y maneja todos los mensajes ICMP entrantes. Internet Control Message Protocol

25 Capa de Interfaz de Red Este nivel se limita a recibir datagramas del nivel superior (nivel de red) y transmitirlo al hardware de la red. El software TCP/IP de nivel inferior consta de una capa de interfaz de red responsable de aceptar los datagramas IP y transmitirlos hacia una red específica. Una interfaz de red puede consistir en un dispositivo controlador (por ejemplo, cuando la red es una red de área local a la que las máquinas están conectadas directamente) o un complejo subsistema que utiliza un protocolo de enlace de datos propios La interconexión de diferentes redes genera una red virtual en la que las máquinas se identifican mediante una dirección lógica. (IP) Sin embargo a la hora de transmitir información por un medio físico se envía y se recibe información de direcciones físicas (MAC media access control) El diseño eficiente implica que una dirección lógica sea independiente de una dirección física, por lo tanto se relacionan las direcciones lógicas con las direcciones físicas. De esta forma podremos cambiar nuestra dirección lógica IP conservando el mismo hardware, y del mismo modo podremos cambiar una tarjeta de red, la cual contiene una dirección física, sin tener que cambiar nuestra dirección lógica IP. La capa pueden utilizar diversos protocolos (Frame Relay, X25, etc)

26 Vista desde el usuario Como ocurre en la realidad

27 En resumen Aplicaciones (*) Transporte Red Enlace (*) A partir de la Version Ntrip 2 es posible RTP y SRTP sobre UDP

28 Esquema según distribución A una sola dirección Multicast Brodcast

29 Fuentes GNSS Usuarios Protocolo NTRIP Potencial para uso masivo; difusión de cientos de streams, y conexión simultánea de miles de usuarios posibles. El caster constituye el nodo distribuidor de las señales, para radiodifusión (brodcast) en Internet Firewalls Caster

30 Protocolo NTRIP El HTTP Streaming consiste en romper la corriente general en una secuencia de pequeñas descargas de archivos o paquetes basados en HTTP, cada paquete tiene un pedazo corto de una trama. De esta forma el transporte global es potencialmente ilimitado, aunque según el volumen de datos puede ser a muy baja velocidad, en nuestro caso dado el pequeño volumen de datos a trasmitir no es esto un problema La ventaja es que al ser TCP/IP esta asegurado el control de los datos trasmitidos y recibidos. Con otros protocolos para streaming esto no es posible En la version 2 de NTRIP tambien se pueden usar los protocolos RTP Real time protocol sobre UDP y SRTP Secure real time protocol)

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32 Fuente datos GNSS Fuente datos GNSS Fuente datos GNSS Servidor Caster-NTRIP TCP/IP Servidor Caster-NTRIP TCP/IP INTERNET VPN Receptor GNSS (móvil) PC Cliente Módem GPRS/3G

33 Implementación en la Estación Receptores actuales diseñados para EP, ya incluyen la posibilidad de NTRIP Receptores antiguos capacidad de generar mensaje RTCM dos cables de bajada de datos, uno para datos PP y el otro para TR en el caso de transmitir a mas de un Caster, emulador de puerto serie

34 Estación UNRO En funcionamiento desde 2003, integra redes RAMSAC y SIRGAS-CON Desde junio de 2009 comenzamos con experimentación en cuanto a las posibilidades de implementación y aplicaciones de la transmisión de datos de las estaciones permanentes en tiempo real utilizando el protocolo NTRIP.

35 Cartografía base IGN Proyecto INFRAESTRUCTURA DE ESTACIONES TERRESTRES PARA LA GEORREFERENCIACION EN LA PROVINCIA DE SANTA FE MEDIANTE POSICIONAMIENTO SATELITAL

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38 Si en su institución ya hay una EP funcionando, con poco esfuerzo (casi siempre) se puede agregar la transmisión en TR usando NTRIP Si esta pensando en instalar una EP, tener en cuenta de adicionar NTRIP al solicitar equipo (RTCM out) Algunos soft de administración de EP tienen la posibilidad de Caster, p. ej. UCOR en Argentina O bien: Standard NtripCaster v:0.1.5, es libre, linux, sin gráfica, algunas limitaciones Se pueden enviar los datos al Caster UNR, IP: :2101 Quedamos a disposición para colaborar

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46 CASTERS, ESTADO ACTUAL NTRIP Broadcasters en la región SIRGAS registrados en IGNA :2101 Instituto Geográfico Nacional Argentina ARG UNR :2101 Universidad Nacional de Rosario ARG IBGE :2101 IGBE Diretoria de Geociencias BRA FCT-UNESP-BR :2101 FCT/UNESP BRA IGN-Perú :2101 Instituto Geográfico Nacional PER REGNA-ROU :8081 SGM URY REUNION SIRGAS 2012

47 CASTERS, ESTADO ACTUAL REUNION SIRGAS 2012

48 SOURCES, ESTADO ACTUAL REUNION SIRGAS 2012

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50 REUNION SIRGAS 2012 En URUGUAY funciona un sistema Network-RTK

51 Algunas aplicaciones: obtención de observaciones RINEX en TR

52 Algunas aplicaciones: obtención de observaciones RINEX en TR

53 Dif. Lat. Long. 2 DGPS

54 RTK (en oficina ) Receptor GPS L1 - L2 recibiendo corrección RTK mediante protocolo NTRIP

55 Estación BASE cercana (UNRO)

56 Estación BASE muy lejos (UCOR)

57 Perfomance DGPS-RTK a 60 km XI CONGRESO NACIONAL Y VIII LATINOAMERICANO DE AGRIMENSURA Villa Carlos Paz, Córdoba, Argentina, 2 al 5 de mayo de 2012

58 En estas experiencias realizadas se utilizó una netbook y módem celular 3G para conectarse a internet y recibir NTRIP -También existe la posibilidad de recibir NTRIP con teléfono celular (algunos modelos). -Los receptores GNSS mas modernos tienen la posibilidad de incorporar módem 3G. - Con estas alternativas ya no hay necesidad de periféricos. de mobilentrip.com -Evolución: solución de red

59 CONCEPTO DE RED Un conjunto de EP s por si solo no conforma una red Acostumbramos a posicionarnos en relativo, pasar a pensar en trabajar respecto de una red, ya sea en PP o TR. La red se auto-controla, amplía posibilidades, p.ej.: FKP, VRS El usuario se posiciona no solo respecto de una EP, sino de varias y al mismo tiempo, lo que permite sobreabundancia de observaciones y control

60 Tipos de soluciones de red FKP VRS MAX IMAX gnss.curtin.edu.au

61 RTK + PPP IGS: publica correcciones a los relojes y a las órbitas de los satélites en tiempo real BKG: software BNC (BKG Ntrip Client), que combina datos de observación y productos del IGS, procesando en modo PPP La solución requiere de un tiempo de convergencia Originalmente diseñado para monitorear EP s a distancia recibiendo sus datos por internet, también acepta datos por puerto serie Por ahora para test y evaluación

62 RTK + PPP

63 PPP + RTK SOFTWARE DISPONIBLE: BKG Ntrip Client (BNC) Version 2.8, Georg Weber, Leos Mervart, Federal Agency for Cartography and Geodesy (BKG) The PPP WIZARD project, Precise Point Positioning With Integer and Zero difference Ambiguity Resolution. D. Laurichesse, F. Mercier, J.P. Berthias, Centre National d Etudes Spatiales (CNES) RTKLIB: An Open Source Program Package for GNSS Positioning, Tomoji Takasu, Tokyo Univ. of Marine Science and Technology. Todos de uso libre, aunque en algunos casos con ciertas limitaciones

64 Conectividades

65 Conectividades

66 Conectividades

67 Conectividades

68 Conectividades

69 Conectividades

70 RTKLib Software de distribución gratuita Código abierto Tiene varias aplicaciones ya compiladas para windows: RTKNavi Resolución de Posición en Tiempo Real RTKPos Resolución de Posición en Post proceso RTKPlot Ploteo de navegación RTKConv Convierte formatos: RTCM, Raw, Rinex, etc. STRsvr Traslados de Streams SCRtblbrows Browser de Casters Puede bajarse de ultima versión 2.4.1

71 Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas -definición idéntica al ITRS -densificación regional del ITRF -materializado por una red de estaciones GNSS de funcionamiento continuo SIRGAS-CON -coordenadas de alta precisión y velocidades -en la actualidad cerca de 250 estaciones, 48 IGS (www.sirgas.org)

72 SIRGAS RT Desarrollo e implementación de Tiempo Real en el marco de SIRGAS Formación de recursos humanos Instalación de casters nacionales o regionales Generar vínculos con usuarios de datos geoespaciales, actividades catastrales, sistemas de Información, infraestructuras de datos espaciales, agricultura de precisión, navegación, monitoreo del cambio global

73 ACCESO AL MARCO DE REFERENCIA EN TIEMPO REAL Además de las ventajas que significa la obtención de coordenadas en tiempo real, en esta modalidad el marco de referencia va implícito en la corrección, las coordenadas de la estación base se transmiten junto con la corrección, sin interacción del usuario Estaciones Permanentes transmitiendo en Tiempo Real permiten acceso al Marco de Referencia único, sin confusiones GEORREFERENCIACION

74 OBJETIVOS En definitiva, el objetivo es que el usuario pueda obtener coordenadas georreferenciadas con exactitud < 10cm, usando un solo receptor remoto y en tiempo real. Muchas gracias por su atención!

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