PPK, RTK, DGPS và PPP: so sánh các phương pháp hiệu chỉnh GNSS

PPK và RTK: khác nhau ở điểm nào?

Giữa PPK và RTK, nguyên lý đo giống nhau nhưng thời điểm xử lý khác nhau. Đo động thời gian thực (RTK) gửi số hiệu chỉnh từ trạm gốc tới trạm động ngay trong quá trình đo, nên trạm động biết vị trí cấp centimet của mình tức thì. Đo động xử lý sau (PPK) ghi trị đo vệ tinh thô tại trạm gốc và trạm động rồi kết hợp chúng bằng phần mềm sau khi kết thúc công tác ngoại nghiệp.

Cả hai phương pháp đều đo pha sóng mang của tín hiệu vệ tinh và giải số nguyên bước sóng (số nguyên đa trị) giữa các máy thu. Khi số nguyên đa trị đã được fixed, cả hai thường cho độ chính xác khoảng 1 cm + 1 ppm theo phương ngang và 1,5–2 cm + 1 ppm theo phương đứng trên cạnh đáy ngắn. Bài giới thiệu về GPS RTK của chúng tôi trình bày nguyên lý cơ bản.

Khác biệt thực tế nằm ở liên kết. Hệ thống RTK phụ thuộc vào radio hoặc dữ liệu di động trong suốt công việc; PPK thì không, nhưng bạn chỉ biết chất lượng kết quả sau khi xử lý.

Các phương pháp hiệu chỉnh GNSS chính là gì?

Có bốn nhóm hiệu chỉnh GNSS chính: vi phân dựa trên mã (DGPS/DGNSS), pha sóng mang thời gian thực (RTK và RTK mạng lưới), pha sóng mang xử lý sau (PPK và đo tĩnh) và định vị điểm chính xác (PPP).

Các số liệu độ chính xác là điển hình trong điều kiện tốt với máy thu đa tần; vật cản, đa đường và cạnh đáy dài sẽ làm giảm độ chính xác. Để ước tính sai số RTK cho một cạnh đáy cụ thể, hãy dùng thử công cụ tính độ chính xác RTK của chúng tôi.

DGPS là gì, và DGNSS khác GNSS như thế nào?

DGPS (GPS vi phân) cải thiện vị trí độc lập bằng cách áp dụng số hiệu chỉnh mã được tính tại một trạm tham chiếu có vị trí đã biết; khi sử dụng nhiều chòm sao vệ tinh, phương pháp này được gọi là DGNSS. Khác biệt giữa DGNSS và GNSS là phiên bản vi phân loại bỏ phần lớn sai số quỹ đạo, đồng hồ vệ tinh và khí quyển chung giữa trạm tham chiếu và người dùng.

Độ chính xác DGNSS thường từ dưới mét đến khoảng một mét, tùy thuộc vào khoảng cách tới trạm tham chiếu, chất lượng máy thu và nguồn hiệu chỉnh. Các nguồn hiệu chỉnh gồm hệ thống tăng cường dựa trên vệ tinh (SBAS) như WAAS và EGNOS, trạm tham chiếu địa phương và một số dịch vụ đèn hiệu radio hàng hải, dù một số mạng đèn hiệu quốc gia đã ngừng hoạt động.

DGNSS đủ dùng cho kiểm kê tài sản GIS cấp mét, dẫn đường tàu thuyền và theo dõi phương tiện. Phương pháp này không phù hợp cho công tác đo ranh giới, thi công xây dựng hoặc trắc địa công trình, nơi đòi hỏi độ chính xác cấp centimet.

Hệ thống RTK hoạt động như thế nào và có những giới hạn gì?

Hệ thống RTK hoạt động bằng cách truyền trị đo pha sóng mang từ trạm gốc đặt trên điểm đã biết tới trạm động, thường ở định dạng RTCM 3, để trạm động tính lời giải fixed cấp centimet mỗi giây hoặc nhanh hơn.

Số hiệu chỉnh tới trạm động theo hai cách chính:

• Radio UHF từ trạm gốc riêng: không phụ thuộc vào sóng di động, thường đạt vài kilômét với radio tích hợp và xa hơn khi dùng radio ngoài công suất cao kèm ăng-ten trên cột.
• RTK mạng lưới từ CORS: các dịch vụ hiệu chỉnh RTK truyền dữ liệu qua internet bằng NTRIP, như mô tả trong hướng dẫn về NTRIP và CORS của chúng tôi.

Giới hạn nằm ở khoảng cách và độ tin cậy của liên kết. Độ chính xác giảm khoảng 1 mm cho mỗi kilômét cạnh đáy, và việc giải số nguyên đa trị trở nên khó khăn hơn khi cách trạm gốc đơn quá khoảng 10–20 km. Khi liên kết radio hoặc dữ liệu bị gián đoạn, trạm động chuyển về lời giải float hoặc định vị độc lập cho tới khi liên kết được khôi phục.

PPK hoạt động như thế nào qua từng bước?

PPK hoạt động bằng cách ghi đồng thời trị đo GNSS thô tại trạm gốc và trạm động, sau đó xử lý hai tệp cùng nhau để tính quỹ đạo hoặc vị trí điểm ở cấp centimet.

1. Đặt trạm gốc trên một điểm đã biết, hoặc lên kế hoạch dùng dữ liệu từ trạm CORS gần đó với tần suất ghi phù hợp.
2. Ghi dữ liệu thô trên cả hai máy thu với cùng tần suất, thường là 1 Hz cho công tác mặt đất và từ 5–10 Hz trở lên cho drone và phương tiện.
3. Ghi lại siêu dữ liệu: chiều cao ăng-ten, loại ăng-ten và tọa độ trạm gốc.
4. Thu thập dữ liệu trạm động, kèm dấu sự kiện cho thời điểm chụp ảnh hoặc thời điểm đo điểm.
5. Chuyển đổi tệp sang định dạng chung như RINEX nếu cần.
6. Xử lý theo cả chiều thuận và chiều nghịch thời gian; lời giải kết hợp này là một lý do khiến PPK thường fixed được nhiều epoch hơn RTK.
7. Kiểm tra chất lượng: tỷ lệ fixed, số dư và điểm kiểm tra, trước khi bàn giao kết quả.

Vì không có gì phụ thuộc vào liên kết trực tiếp, PPK vẫn hoạt động ở vùng khuất sóng radio và khu vực không có sóng di động.

PPP là gì và so với RTK, PPK như thế nào?

Định vị điểm chính xác (PPP) là phương pháp hiệu chỉnh sử dụng dữ liệu quỹ đạo và đồng hồ vệ tinh chính xác từ một dịch vụ toàn cầu thay vì trạm gốc tại chỗ, nhờ đó một máy thu đơn lẻ có thể đạt độ chính xác cấp decimet hoặc centimet ở bất kỳ đâu.

Đánh đổi ở đây là thời gian hội tụ. PPP truyền thống thường cần từ khoảng 15 đến 30 phút hoặc lâu hơn để đạt độ chính xác cấp decimet, và lâu hơn nữa để đạt vài centimet, vì máy thu phải tự ước tính độ trễ khí quyển và số nguyên đa trị. Các dịch vụ PPP-RTK bổ sung số hiệu chỉnh khí quyển khu vực để rút ngắn thời gian này xuống vài phút hoặc ít hơn. Các dịch vụ miễn phí gồm Galileo High Accuracy Service và BeiDou PPP-B2b trong vùng phục vụ của chúng; dịch vụ thương mại được truyền qua băng L vệ tinh hoặc internet.

PPP phù hợp cho công tác ngoài khơi, lập bản đồ vùng xa, nông nghiệp ở khu vực không có CORS và xử lý lưới khống chế trắc địa. Phương pháp này hiếm khi được dùng để bố trí điểm vì thời gian hội tụ và phải hội tụ lại sau khi mất tín hiệu.

Nên dùng drone PPK hay drone RTK?

Với drone lập bản đồ, PPK thường là lựa chọn ổn định hơn còn RTK là lựa chọn tiện lợi hơn; nhiều drone đo đạc hiện nay hỗ trợ cả hai.

Drone PPK cần ghi chính xác thời điểm chụp ảnh và trạm gốc ghi dữ liệu với tần suất phù hợp. Trong cả hai trường hợp, hãy giữ các điểm kiểm tra độc lập trên mặt đất. Hướng dẫn của chúng tôi về drone đo đạc và lập bản đồ UAV trình bày chi tiết hơn về lập kế hoạch bay và độ chính xác.

Những sai lầm thường gặp khi dùng số hiệu chỉnh RTK và PPK là gì?

Phần lớn sai số hiệu chỉnh đến từ trạm gốc chứ không phải vệ tinh: tọa độ trạm gốc, chiều cao ăng-ten hoặc hệ quy chiếu sai sẽ làm lệch mọi điểm của trạm động một lượng như nhau, dù bạn dùng phương pháp nào.

• Sai vị trí trạm gốc hoặc hệ quy chiếu: trạm gốc đặt theo vị trí độc lập lấy trung bình có thể lệch vài mét. Hãy dùng điểm khống chế đã biết, hoặc xử lý sau trạm gốc với dữ liệu CORS, và xác nhận khung tham chiếu của mạng lưới khớp với dự án.
• Sai chiều cao và loại ăng-ten: ghi lại phương pháp đo và model ăng-ten tại trạm gốc và trạm động; trong PPK, thiếu siêu dữ liệu là nguyên nhân thường gặp gây sai số độ cao.
• Chấp nhận lời giải float: kết quả float có thể lệch hàng decimet. Hãy thiết lập sổ tay điện tử hoặc phần mềm xử lý chỉ giữ các epoch fixed.
• Tần suất ghi không khớp trong PPK: tệp CORS 30 giây không thể hỗ trợ tốt cho quỹ đạo drone 5 Hz; hãy kiểm tra tần suất trước chuyến bay.
• Không có kiểm tra độc lập: đo một điểm đã biết khi bắt đầu và kết thúc mỗi ca đo RTK, và giữ các điểm kiểm tra trong dự án PPK.

Các kỹ sư của chúng tôi cũng khuyến nghị lưu thiết lập trạm gốc và trạm động thành các hồ sơ có tên, để mọi ngày làm việc của dự án đều dùng cùng định dạng hiệu chỉnh, kênh radio và hệ tọa độ.

Nên chọn phương pháp hiệu chỉnh GNSS nào?

Chọn RTK khi bạn cần kết quả cấp centimet ngay lập tức, PPK khi liên kết không ổn định hoặc phương tiện di chuyển nhanh, DGNSS cho GIS cấp mét và PPP khi không có trạm gốc hay mạng lưới.

• Bố trí điểm, định vị công trình, điều khiển máy thi công: RTK hoặc RTK mạng lưới.
• Đo vẽ địa hình và đo ranh giới: RTK, dùng PPK hoặc đo tĩnh dự phòng ở nơi sóng yếu.
• Đo ảnh và LiDAR bằng drone: PPK hoặc RTK, kèm điểm kiểm tra.
• Lưới khống chế: đo tĩnh xử lý sau.
• Khu vực xa xôi hoặc ngoài khơi: PPP, hoặc trạm gốc riêng với radio tầm xa.

Các nhà tích hợp phát triển sản phẩm riêng dựa trên module RTK hoặc bo mạch GPS có thể đọc hướng dẫn của chúng tôi về tích hợp module GNSS OEM.

Với các đội ngoại nghiệp, máy thu GNSS RTK E1 của chúng tôi hoạt động như trạm gốc radio, trạm động radio hoặc trạm động CORS/NTRIP, với tầm radio tích hợp điển hình 5 km ở địa hình thoáng. Máy thu GNSS E1 Lite nhẹ hơn, nặng khoảng 870 g, có radio tích hợp đạt 3–15 km tùy môi trường. Khi cần liên kết radio xa hơn từ trạm gốc riêng, radio UHF ngoài của chúng tôi phát ở công suất 5 W hoặc 25 W trên dải 410–470 MHz, đạt khoảng 20–25 km ở địa hình thoáng, trên cao. Nếu bạn dự định xử lý sau, hãy cho biết yêu cầu ghi dữ liệu khi yêu cầu báo giá và kỹ sư của chúng tôi sẽ xác nhận cấu hình phù hợp.

Câu hỏi thường gặp