ANÁLISIS DE LAS PRECISIONES GNSS-RTK EN FUNCIÓN DE LAS DISTINTAS SOLUCIONES

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1 UNIVERSIDAD DE JAÉN Ingeniería Geodésica, Cartográfica y Fotogrametría ANÁLISIS DE LAS PRECISIONES GNSS-RTK EN FUNCIÓN DE LAS DISTINTAS SOLUCIONES Proyecto Fin de Carrera Autora: Mª Carmen Ruiz Almagro

2 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 2 Contenido Objetivos. Introducción. Soluciones RTK. Redes GPS-RTK de Referencia: Red GNSS de Gipuzkoa. Red GPS de Euskadi. Red de Geodesia Activa de Navarra (RGAN). Red de Control: Red Pasiva de Gipuzkoa. Correcciones utilizadas. Distribución de las señales según los métodos observados. Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva. Conclusiones y Recomendaciones.

3 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 3 Objetivos Los objetivos de este trabajo son: Analizar distintas soluciones GNSS-RTK existentes en el Mercado. Analizar las precisiones de las observaciones GNSS-RTK comparadas con una fuente precisa. Analizar, en un Territorio con muchas zonas con mal horizonte, la calidad de las observaciones G+G. Todo ello para realizar el Proyecto Fin de Carrera conducente al título de Ingeniera en Geodesia y Cartografía.

4 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 4 Introducción Las Correcciones Diferenciales son, en la actualidad, uno de los productos más importantes que ofrecen las Redes GNSS. Las primeras referencias de las correcciones RTK datan de mediados de los 9, con la salvedad de que en los 9 se hacía con radio modem y/o GSM y ahora se han desarrollado protocolos para el envío y recepción de correcciones (internet). En 1994, se recomienda enviar las correcciones mediante el estándar RTCM. El concepto es muy simple: desde estaciones conocidas, en observación continua, se procesan las señales y se calculan, en función de las Coordenadas conocidas, las correcciones a estas observaciones.

5 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 5 Soluciones RTK Las soluciones pueden ser: Soluciones diferenciales simples (desde una única estación). Soluciones de Red: Redes GNSS Permanentes; desarrolladas para minimizar el impacto de la Distancia en la RTK Simple. RTK Simple: Emisión: r-modem, internet, No homogéneo Necesitamos 2 estaciones RTK de Red: Servidor Central: todo es TCP/IP Homogéneo en toda la Red Sólo se necesita 1 estación Métodos: VRS, MAX, i-max,

6 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 6 Soluciones RTK A priori, las ventajas de la Soluciones de Red son: En campo, necesitamos UN ÚNICO RECEPTOR, con el consiguiente ahorro de tiempo y dinero. Los resultados son más homogéneos y para mayores distancias, ya que la solución suaviza los efectos de los errores introducidos por la distancia. La misma zona puede ser cubierta con menos estaciones de referencia si se compara con el alcance de la solución simple. Mayor garantía de obtener solución, ya que en caso de que se produzca alguna incidencia en una de las estaciones de referencia, hay otras estaciones de la Red para suplirla. La única desventaja, a priori, es la dependencia total del Servidor de Red, que ha de estar operativo permanentemente (averías, actualizaciones de software, )

7 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 7 Redes GPS-RTK de Referencia Red GNSS de Gipuzkoa. Establecida a mediados de 25 con 3 estaciones Permanentes, en 27 se añade Pasaia, cubre un Territorio de unos 2. km² y cuenta con soluciones diarias. Los Servicios proporcionados por esta Red son: Servidor de Red: Leica Spider, enviando correcciones GPS+GLONASS. Soluciones RTK simples. Soluciones RTK de Red: I-MAX MAX Envío de correcciones RTK por internet y GSM para usuarios que lo requieran. Almacenaje de datos para postproceso a diferentes intervalos y accesibles vía http. Además de las estaciones propias de la Red, el Servidor integraba en 29 otra estación GNSS en Gipuzkoa, en Bizkaia y Álava 3 estaciones GPS y 2 estaciones GNSS en Navarra.

8 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 8 Redes GPS-RTK de Referencia Red GPS de Euskadi: Establecida a finales de 25 consta de 1 estaciones distribuidas para cubrir un Territorio de unos 1. km2: 3 estaciones GNSS Leica pertenecientes a la Exc. Diputación Foral de Gipuzkoa. 3 estaciones GPS Leica pertenecientes a la Exc. Diputación Foral de Bizkaia. 1 estación GPS Trimble perteneciente a la Universidad del País Vasco. 4 estaciones GPS Trimble pertenecientes al Gobierno Vasco. Los Servicios ofrecidos por la Red GPS de Euskadi son: Servidor de Red: Trimble. Soluciones RTK simples. Soluciones RTK de Red: VRS Envío de Correcciones RTK por internet (ADSL). Almacenaje de datos para postproceso a diferentes intervalos y accesibles vía http y ftp.

9 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 9 Redes GPS-RTK de Referencia Red de Geodesia Activa de Navarra (RGAN): En la fecha de ejecución de este trabajo, estaba compuesta de ocho estaciones GPS distribuidas por la geografía de la Comunidad Foral La red proporciona correcciones de código y fase para los sistemas de navegación GPS y GLONASS (recientemente). Es importante remarcar que se han ampliado las estaciones de dicha Red respecto de las existentes en la fecha de realización del trabajo de campo de este Proyecto. En la actualidad, cualquier punto de la Comunidad Foral se encuentra dentro del radio de 3 km. de alguna de las estaciones.

10 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 1 Red de Control: Red Pasiva de Gipuzkoa. Para controlar la Calidad de las Soluciones que dan los distintos métodos y redes en Gipuzkoa, se ha utilizado la Red Pasiva TRANSFORMADA a IGS5 (231 estaciones). La distribución de los puntos es muy buena y el acceso a los mismos es muy fácil. Tras la revisión en campo de las 195 señales de cuya existencia había constancia por revisiones previas, se decidió que la observación se realizaría en 186 estaciones, ya que 9 señales han desaparecido.

11 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 11 Correcciones utilizadas. MEDICIONES CODIGO TIPO PROPIETARIO A RTCM3.1_GNSS_I-MAX/VRS I-MAX (con GLONASS) GFA AG RTCM3.1_GNSS_I-MAX/VRS I-MAX (solo GPS) GFA B RTCM3.1_GNSS_MAX MAX (con GLONASS) GFA BG RTCM3.1_GNSS_MAX MAX (solo GPS) GFA C RTCM3.1_CERCANA cercana (con GLONASS) GFA CG RTCM3.1_CERCANA cercana (solo GPS) GFA D VRS_RTCM31 VRS (solo GPS) GV E RED_RTCM_3.1 I-MAX (solo GPS) NAVARRA En total se han realizado mediciones durante 29 para analizar todas las correcciones RTK. La duración de cada observación fue de 1 minuto, si bien en determinadas estaciones, por problemas de conexión GPRS, se tuvo que realizar observación de hasta 1 minutos. Aquellas señales en las que las precisiones han sido inferiores o iguales a 1 cm, en cualquiera de las componentes han sido desestimadas (151 observaciones). El mayor error se ha producido, como era de esperar, en la componente altimétrica. Además, en 67 señales han habido problema con las conexiones GPRS o de observación.

12 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 12 Correcciones utilizadas. Las estadísticas de las precisiones obtenidas una vez se han eliminado las observaciones cuyo emc es superior a 1 cm. Las precisiones se refieren a la peor de las obtenidas para cualquiera de las componentes, principalmente la referida a la componente altimétrica, ya que en planimetría, prácticamente todas las observaciones tienen una precisión inferior a 5 cm. Estadísticas por error: Mediciones TOTALES 1143 % sobre todas % sobre consideradas emc < 2.5 cm cm < emc < 5 cm cm < emc < 1 cm Totales consideradas El 5% de las mediciones proporcionan un emc inferior a 2.5 cm. Aproximadamente el 25% tiene una precisión entre 2.5 y 5 cm y El 11% tiene precisión entre 5 y 1 cm.

13 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 13 Distribución de las señales según los métodos observados Técnicas medidas en cada señal (cobertura GPRS):

14 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 14 Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. emc de Soluciones imax (GFA), GPS+GLONASS: Media (m) Emc (m) Máx (m) Min (m) Amplitud (m) Datos imax (GFA) GPS+GLONASS Planimetría Altimetría

15 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 15 Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. emc de Soluciones imax (GFA), GPS Media (m) Emc (m) Máx (m) Min (m) Amplitud (m) Datos Planimetría imax (GFA) GPS Altimetría En el método imax, las soluciones combinadas (GPS+GLONASS) son, además de más numerosas, mejores que las GPS.

16 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 16 Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. emc de Soluciones MAX (GFA), GPS+GLONASS: Media (m) emc (m) Máx (m) Min (m) Amplitud (m) Datos MAX (GFA) GPS+GLONASS Planimetría Altimetría

17 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 17 Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. emc de Soluciones MAX (GFA), GPS Media (m) emc (m) Máx (m) Min (m) Amplitud (m) Datos Planimetría MAX (GFA) GPS Altimetría En el método MAX, las soluciones combinadas (GPS+GLONASS) son, además de más numerosas, mejores que las GPS.

18 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 18 Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. emc de Soluciones RTK-Cercana (GFA), GPS+GLONASS: Media (m) emc (m) Máx (m) Min (m) Amplitud (m) Datos RTK cercana (GFA) GPS+GLONASS Planimetría Altimetría

19 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 19 Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. emc de Soluciones RTK-Cercana (GFA), GPS: Media (m) emc (m) Máx (m) Min (m) Amplitud (m) Datos RTK cercana (GFA) GPS Con la metodología RTK-Cercana, las Planimetría Altimetría soluciones GPS tienen un comportamiento muy similar en planimetría, mientras que la altimetría los resultados son claramente mejores. El motivo puede deberse a que en la solución mixta (G+G).4.8 se dan soluciones poco precisas en determinadas señales (ver fig. 7.12) por mal 127 horizonte.

20 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 2 Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. emc de Soluciones VRS (GV): Solución VRS-GV Planimetría Altimetría Media (m) emc (m) Máx (m) Min (m).4.8 Amplitud (m) Datos 131 Los resultados obtenidos mediante esta metodología son muy buenos, si bien la cantidad de estaciones con solución no es demasiado elevada.

21 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 21 Resultados: Precisiones obtenidas para cada metodología. emc de Soluciones imax RGAN(Navarra): Solución imax (RGAN) Planimetría Altimetría Media (m) emc (m) Máx (m) Min (m).5.13 Amplitud (m) Datos 151

22 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 22 Resultados: Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva Discrepancias imax (GFA), GPS+GLONASS: A: RTCM3.1_GNSS_iMAX/VRS, IMAX (con GLONASS) (GFA) X Y Hel. Media (m) Emc (m) Min (m) Max (m) Amplitud (m) N. Obs 137 (84.5%)

23 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 23 Resultados: Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva Discrepancias imax (GFA), GPS: AG: RTCM3.1_GNSS_iMAX/VRS, IMAX (solo GPS) (GFA) X Y Hel. Media (m) Emc (m) Min (m) Max (m) Amplitud (m) N. Obs 16 (65.43 %) La metodología imax que mayor número de resultados ha producido es la que utiliza GPS+GLONASS (137 resultados frente a 16). Respecto a la calidad de los resultados, cabe reseñar que es prácticamente la misma, exceptuando la altitud, que es más fiable si se utilizan datos sólo GPS.

24 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 24 Resultados: Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva Discrepancias MAX (GFA), GPS+GLONASS: B: RTCM3.1_GNSS_MAX (con GLONASS) (GFA) X Y Hel. Media (m) Emc (m) Min (m) Max (m) Amplitud (m) N. Obs 139 (85.8%)

25 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 25 Resultados: Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva Discrepancias MAX (GFA), GPS: BG: RTCM3.1_GNSS_MAX (solo GPS)(GFA) X Y Hel. Media (m) Emc (m) Min (m) Max (m) Amplitud (m) N. Obs 11 (67.9 %) La metodología MAX que mayor número de resultados ha producido es la que utiliza GPS+GLONASS (139 resultados frente a 11), pudiéndose apreciar la importancia de disponer de datos GPS+GLONASS, ya que la precisión obtenida es muy similar a la obtenida con datos sólo GPS y aumenta considerablemente el número de señales observadas.

26 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 26 Resultados: Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva Discrepancias RTK Simple (GFA), GPS+GLONASS: C: RTCM3.1_CERCANA, cercana (con GLONASS) (GFA) X Y Hel. Media (m) Emc (m) Min (m) Max (m) Amplitud (m) N. Obs 146 (89.57%)

27 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 27 Resultados: Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva Discrepancias RTK Simple (GFA), GPS: CG: RTCM3.1_CERCANA, cercana (solo GPS) (GFA) X Y Hel. Media (m) Emc (m) Min (m) Max (m) Amplitud (m) N. Obs 12 (74.7 %) La cantidad de soluciones GPS+GLONASS es superior a la obtenida con sólo GPS. Las precisiones obtenidas para este tipo de metodologías ha sido muy similar para ambas soluciones (GPS+GLONASS - GPS).

28 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 28 Resultados: Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva Discrepancias VRS (GV) GPS con Red Pasiva: D: VRS_RTCM31, VRS (solo GPS) (GV) X Y Hel. Media (m) Emc (m) Min (m) Max (m) Amplitud (m) N. Obs 117 (72.22%) Las estadísticas de la Red GPS de Euskadi son muy similares a las producidas para metodología MAX. Es de destacar la escasez de las soluciones, lo cual permite extraer una conclusión: se han obtenido menos soluciones, pero las que se han podido calcular son mejores por tener mejores condiciones de comunicación y de horizonte.

29 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 29 Resultados: Comparación de las soluciones obtenidas y la Red Pasiva Discrepancias imax (RGAN) GPS con Red Pasiva: E: RED_RTCM_3.1, imax (solo GPS) (NAVARRA) X Y Hel. Media (m) Emc (m) Min (m) Max (m) Amplitud (m) N. Obs 116 (71.6 %) La Red de Navarra proporciona buenos resultados dada su distribución de estaciones y buenas comunicaciones. Las estadísticas de la Red GPS de Navarra son muy similares a las producidas para metodología MAX. Es de destacar la escasez de soluciones: se han obtenido menos soluciones, pero las que se han podido calcular son mejores por tener mejores condiciones de comunicación y de horizonte.

30 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 3 Conclusiones y Recomendaciones Superficie cubierta por cada uno de los métodos (%): Precisión Planimétrica PrecisiónAltimétrica N. Ptos. (emc < 1 cm) Dif.<.1 m Dif.<.5 m Dif.<.15 m Dif.<.75 m imax (GFA), G+G imax (GFA), GPS MAX (GFA), G+G MAX (GFA), GPS RTK Simple (GFA), G+G RTK Simple (GFA), GPS VRS (GV), GPS imax (RGAN), GPS Conclusiones: Las soluciones RTK han demostrado ser una excelente herramienta de posicionamiento. G+G es, de manera clara, una opción obligada. Analizando las superficies cubiertas, la mejor solución es la MAX. Sin embargo, el método que ha dado solución en más estaciones es RTK Simple, con superficies cubiertas muy parecidas a la MAX. Estos resultados no son extrapolables a otros territorios o redes. La calidad de la conexión GPRS es determinante para obtener soluciones. RGAN optimizada para generar soluciones de red obtiene magníficos resultados en un territorio adyacente como es Gipuzkoa. Nota: Frente a 29, actualmente la Red GNSS de Gipuzkoa procesa 6 estaciones más y cubre por completo el territorio con soluciones GNSS

31 Septiembre de 21 PFC - Mari Carmen Ruiz Almagro 31 Conclusiones y Recomendaciones Recomendaciones para trabajar con metodología GNSS-RTK en Gipuzkoa: Trabajar con sistemas G+G. Solución más adecuada: G+G a la estación más cercana. Observaciones de al menos 1 minuto. Es fundamental verificar soluciones con la Red Pasiva y con doble observación con una constelación distinta. Este tipo de técnicas NO son válidas para trabajos de precisión, como son RVT, Redes Municipales, etc.