Neue SLAM-basierte Super Station RTK-Lösung wurde eingeführt

RTK-Messungen beziehen sich üblicherweise auf mobile Messgeräte, die die RTK-Technologie nutzen. Ein GNSS-Empfänger verbindet sich über eine Funkstation oder ein Netzwerk mit dem CORS-System, um die RTK-Positionierung durchzuführen. Gleichzeitig werden mithilfe einer Zentrierstange definierter Länge hochpräzise Echtzeit-Koordinaten des unteren Endes der Zentrierstange erfasst. Dies umfasst beispielsweise die Koordinaten von Kontrollpunkten, Teilpunkten, Zeichnungswurzelpunkten usw. sowie die Zeichnungsberechnung.

Traditionelles RTK

Bei herkömmlichen RTK-Messungen wird ein Zentrierstab verwendet, der eine exakte vertikale Ausrichtung des Phasenmittelpunkts der GNSS-Antenne und des Messpunktes erfordert. Daher wird üblicherweise eine Libelle am Zentrierstab angebracht und im Labor präzise kalibriert.

Bei der Datenerfassung mit herkömmlichem RTK ist es für Messpunkte mit erhöhten Strukturen wie beispielsweise Zimmerecken aufgrund der Größe des GNSS-Empfängers in der Regel unmöglich, die Positionen in der Ebene genau zu erfassen.

Trägheits-RTK

Um das Problem der Neigungsmessung mit herkömmlichen RTK-Verfahren zu lösen, haben Vermessungsingenieure GNSS-Empfänger mit integrierter Trägheitsnavigation entwickelt. Diese Empfänger korrigieren die Entfernung zwischen GNSS-Phasenzentrum und Messpunkt anhand des Neigungswinkels und der Richtung des Zentrierpols und erfassen Punkte auch bei seitlichen Störungen präzise. Wie herkömmliche GNSS-Empfänger funktionieren jedoch auch Trägheitsnavigations-RTK-Systeme nur in Umgebungen mit GNSS-Signalen. In Umgebungen ohne GNSS-Signale, wie beispielsweise in Gebäuden oder unter Dachvorsprüngen, ist eine effektive Datenerfassung weiterhin nicht möglich.

Bild-RTK

Um das Problem der Datenerfassung von Punkten in Bereichen ohne GNSS-Signal, wie beispielsweise unter Dachvorsprüngen, zu lösen, wurde Image-RTK entwickelt. Image-RTK ist ein in den GNSS-Empfänger integriertes Kameramodul. Es erfasst den zu messenden Punkt in Bereichen mit GNSS-Empfang mithilfe der photogrammetrischen Vorwärtsschnittmethode und ermittelt dessen Koordinaten durch Mehrwinkel-Bildschnitt oder durch Absteckung.

Laser-RTK

Laser-RTK bezeichnet ein Gerät, das einen Laserentfernungsmesser an einem GNSS-Empfänger anbringt und mithilfe von Laserpointern Punkte erfasst und absteckt. Laser-RTK kann den Messpunkt direkt mit dem Laser beleuchten, ohne dass ein Zentrierstab benötigt wird, und gleichzeitig die Entfernung zwischen Gerät und Messpunkt bestimmen. Basierend auf den Lageinformationen, die von der hochpräzisen Trägheitsnavigation und dem im Rumpf integrierten GNSS bereitgestellt werden, werden die Koordinaten des Messpunkts ermittelt.

Image RTK und Laser RTK lösen das Problem der 10-Meter-Kantenmessung vom GNSS-Signal bis zum Signalverlust, sind aber für tiefer liegende Bereiche ohne GNSS-Signal, wie z. B. die Messung des Bodens komplexer Autobahnkreuze, Messungen auf Parkplätzen im Innen- und Außenbereich usw., nicht geeignet.

Traditionelles RTK

Trägheits-RTK

Bild-RTK

Laser-RTK

Einführung

Superstation RTK bezeichnet GNSS-RTK-Empfängergeräte, die SLAM-Technologie zur Navigationsmessung auf Basis herkömmlicher RTK-Verfahren nutzen. Bei diesem Gerät wird Laser-SLAM-Technologie in den traditionellen GNSS-Empfänger integriert. Die leistungsstarken Umgebungserkennungs- und Kartenfunktionen von Laser-SLAM ermöglichen eine hochpräzise Positionsnavigation und genaue Echtzeit-Punktmessung. In Umgebungen mit GNSS-Signalen verwendet das RTK-Gerät diese Signale hauptsächlich zur Punktmessung oder Absteckung und korrigiert die Laser-SLAM-Odometrie. Sobald das RTK-Gerät in einen Bereich ohne GNSS-Signale gelangt, verwendet es Laser-SLAM zur Messung. Die Positionsnavigation liefert weiterhin hochpräzise Positionsinformationen.

Ausgehend von dieser technischen Richtung haben wir eine Lösung zur Realisierung von Superstation-RTK unter Verwendung des tragbaren Lidar-Scanners SLAM2000 und des multifunktionalen tragbaren RTK-Moduls S-RTK100 vorgeschlagen.

Einführung in das SLAM2000-System

Der SLAM2000 ist ein tragbarer LiDAR-Scanner der neuesten Generation. Er nutzt einen nicht-repetitiven Scan-Lasersensor, eine eigens entwickelte, hochpräzise Trägheitsnavigation und eine 12-Megapixel-Kamera. Er ermöglicht hochpräzise Punktwolkenkartierung sowie hochpräzise Navigation und Positionierung.

Einführung in das S-RTK100-System

Das S-RTK100 verwendet ein Fünf-Sterne- und Sechzehnkanal-Platinenmodul. Es kann mit SLAM-Produkten oder als separater GNSS-Empfänger zur Datenerfassung eingesetzt werden und ermöglicht eine Datenerfassung mit zentimetergenauer Präzision.

Verwendung

Die Superstation RTK besteht hauptsächlich aus GNSS-Empfängern, SLAM-Geräten, Zentrierstangen und APPs; es ist nicht erforderlich, weitere Hardware-Ausrüstung hinzuzufügen.

Der Gesamtablauf gestaltet sich wie folgt:

1) Verbinden Sie RTK-Geräte, SLAM-Geräte, Ausrichtungsmasten und andere Geräte, um die RTK-Superstationsanordnung zu vervollständigen, und steuern und erfassen Sie Daten über die mobile App.

2) Während der Initialisierung muss sichergestellt werden, dass die RTK-Superstation in einem GNSS-freien Bereich eingeschaltet ist. Verwenden Sie die mobile App, um das CORS-System, die Masthöhe und weitere Parameter einzustellen. Sobald die RTK-Station eine feste Lösung gefunden hat, schalten Sie die SLAM-Ausrüstung ein und erstellen Sie ein neues Projekt.

3) Während des Erfassungsprozesses kann RTK, unabhängig davon, ob GNSS-Signale vorhanden sind oder nicht, normale Erfassungsmodi, Erfassung im Neigungsmodus, invertierte Erfassungsmodi usw. durchführen. Es eignet sich für Situationen, in denen das GNSS-Signal stark blockiert ist oder gar nicht vorhanden ist, sowie für die Koordinatenerfassung oder Absteckung in schwer zugänglichen Bereichen wie Wäldern, unter Dachvorsprüngen, in Gebäuden, unterirdischen Räumen usw.

4) Exportieren Sie die gesammelten Koordinatenpunktdaten zur weiteren Erstellung der erforderlichen Vermessungs- und Kartierungsergebnisse.

Sammlungsdiagramm

Wie in der obigen Abbildung dargestellt, erfasst die RTK-Superstation Positionsinformationen anhand der von GNSS in einer normalen Außenumgebung (grüne Linie) gewonnenen RTK-Daten und korrigiert gleichzeitig die Masthöhe und -neigung basierend auf der SLAM-Position. Bei Neigung oder Inversion, beispielsweise bei Blockierung des GNSS-Signals, kann die Laser-SLAM-Odometrie die Positions- und Lagebestimmung fortsetzen. Nach Eintritt in eine GNSS-freie Umgebung (rote Linie) ist das GNSS-Signal nicht mehr verfügbar, und die Laser-SLAM-Technologie kann die Positions- und Lagebestimmung fortsetzen und die Position des zu erfassenden Punktes präzise bestimmen. Die Datenerfassung wird auch bei der Rückkehr aus einer Umgebung ohne GNSS-Signale in eine Außenumgebung kontinuierlich fortgesetzt. Bei großen Gebieten ohne GNSS-Signale kann die Genauigkeit der erfassten Koordinaten durch mehrmaliges Befahren eines Abschnitts mit GNSS-Daten und anschließende Rückkehr in ein Gebäude sichergestellt werden. Bei Bedarf kann die Datengenauigkeit durch Nachbearbeitung weiter verbessert werden.

Wie bereits erwähnt, umfassen die aktuellen RTK-Messmethoden, die auf GNSS-Empfängern und anderen Sensoren basieren, hauptsächlich traditionelles RTK, Inertialnavigations-RTK, Bild-RTK, Laser-RTK usw.

Traditionelle RTK-Systeme nutzen einen GNSS-Empfänger als Hauptkomponente für Koordinatenmessungen oder Absteckungen. Inertialnavigations-RTK-Systeme verfügen über integrierte Inertialnavigationssysteme und können Messungen der Polneigung durchführen. Bild-RTK-Systeme basieren auf einem Bildverarbeitungssystem und können Vorwärtsschnitte berechnen, die Koordinaten des Messpunkts anhand von Bildern erfassen oder Absteckungen durchführen. Laser-RTK-Systeme verwenden Laserpointer zur Erfassung oder Absteckung der Koordinaten von Laserpunkten und benötigen ebenfalls ein Inertialnavigationssystem. Die genannten Verfahren lassen sich kombinieren und integrieren, um weitere Anwendungsbereiche zu realisieren.

Um die Machbarkeit von Superstation-RTK zu überprüfen, wurde die kombinierte Lösung SLAM2000+S-RTK100 zur Verifizierung verwendet. Dabei wurden Daten von oberirdischen Gebäuden, Sehenswürdigkeiten, Eingangshallen und Tiefgaragen im Bereich des Baosheng Plaza in Peking erfasst und eine Vermessungs- und Kartierungsergebniskarte erstellt.

Das Baosheng Plaza ist ein Gebäude mit einem Untergeschoss und neun oberirdischen Geschossen. Es hat einen quadratischen Grundriss und ist teilweise durch Korridore verbunden. Die Geschosse sind insgesamt hoch. Die Geschäfte im Erdgeschoss verfügen über sichtbare Dachvorsprünge. Mit herkömmlichen RTK-Verfahren lassen sich nicht alle Messpunkte vollständig erfassen, und direkte Messungen in Innenräumen und unterirdisch sind nicht möglich. Üblicherweise ist für RTK-basierte Messungen eine Totalstation oder ein anderes Messgerät erforderlich. Die Superstation-RTK-Lösung hingegen ermöglicht die Messung in einem einzigen Durchgang und gewährleistet so die Genauigkeit der Vermessung und Kartierung.

Schematische Darstellung des Baosheng-Platzes

Initialisierung

Installieren Sie SLAM2000 + S-RTK100 an einem dedizierten Einzelpol, schalten Sie es ein und führen Sie CORS-Einstellungen, SLAM-Initialisierung und andere Parametereinstellungen am Gerät durch.

Datenerfassung

Nach Abschluss der Initialisierung kann die Datenerfassung erfolgen. Die Punktmessung erfolgt dabei über die mobile App. Unabhängig davon, ob Sie sich in einem Gebiet mit GNSS-Signal befinden oder ein Gebiet ohne GNSS-Signal betreten, können Sie Superstation RTK für reguläre Messungen, Messungen im Neigungsmodus, Invertierungsmessungen usw. nutzen. Nach Abschluss der Datenerfassung wird die Liste der Innen- und Außenkoordinatenwerte direkt ausgegeben.

Ergebnisse der Ziehungsumfrage

Mithilfe von Superstation RTK werden die im Innen- und Außenbereich erfassten Stufenpunkte kartiert, um Linienzeichnungen zu generieren. Aus demselben Datensatz lassen sich das Gebäudeinnere und die Tiefgarage direkt darstellen, wodurch sich ein vollständiger Satz ober- und unterirdischer Pläne des Baosheng-Parks erstellen lässt.

Super Station RTK ist ein neu eingeführter SLAM+RTK-Betriebsmodus. Er dient hauptsächlich der Erfassung und Festlegung absoluter Punktkoordinaten in normalen Umgebungen sowie in Szenarien ohne GNSS-Signale oder Sichtverhältnisse. Dank der SLAM-Technologie vereinfacht er den herkömmlichen RTK-Betriebsprozess, erweitert das Anwendungsgebiet von RTK und bietet neue Geräteoptionen für die Ingenieurmessung.