3 月 20 日晚上 7 點,極飛科技控制算法部總監管武烈來到極飛學院,為 1100 多名學員開了一堂生動的公開課,這堂極飛特訓專注于云RTK技術及其使用,現將課程精華整理如下。
研發背景
極飛在 2015 年開始自營作業,當時使用的是單點 GPS, 遇到了各種羅盤干擾、航跡偏移、起降需人工干預等問題;2015 年下半年開始做 RTK 相關的研發,努力實現全自主飛行。極飛的 RTK 使用的是雙天線版本,能夠測量航向,不受地磁干擾,精準的飛行作為基礎實現了全自主飛行和精準的變量噴灑。另外,C2000 的拍攝也需要 RTK,保證高清地圖是精確的,這樣才能保證在 App 上智能識別農田的邊界,實現精準地圖,協助規劃航線。
RTK 的基本概念
RTK 有兩個重要概念:固定站(也就參考站)和移動站。固定站顧名思義就是固定在地面上為移動站提供參考基準的基站,在使用過程中不可移動,固定基站、云基站和移動基站都是固定站;移動站是進行作業的設備,它使用固定站發送來的差分數據進行 RTK 精準定位,無人機和測繪器都是移動站。
云RTK系統的組成
云RTK系統除了固定站和移動站,還包括鏈路(4G網絡和數傳電臺)和云端RTK系統。
目前極飛提供了兩條鏈路,一條是4G網絡,用于與云端RTK系統連接;一條是數傳電臺,移動基站使用無線電廣播基站的差分數據,在蘑菇頭上可以看到一個辮子狀的天線。
極飛的RTK設備
云基站與固定基站同樣固定在地面,可以 24 小時不間斷提供數據,與固定基站不同:云基站能夠做到“三網三通”(中國移動、聯通、電信),提高差分數據傳輸的可靠性;云基站已經沒有內置電臺,完全與云端連接,也更省電,能夠長時間使用;云基站采用全新的硬件方案,未來云基站將會有更多智能功能,也會更容易部署和維護,包括云基站的報警、預告、提醒等,敬請期待。
2018 年,極飛會著重架設云基站,增加覆蓋范圍,減少架設移動基站,節約時間與成本,2018 款蘑菇頭的三網三通也能更好的適應國情。
GPS導航和RTK的基本原理
GPS是靠天吃飯,看不見摸不著,總結起來有三個知識點非常重要:RTK 共用衛星原理;環境對 RTK 的影響;衛星像天上的星星一樣,時刻在飛,不同時間看到的衛星不一樣。
上圖解釋了 GPS 共用衛星的工作原理,虛線代表著基站或無人機能夠正常使用的衛星,中間的三顆衛星是重合的,代表著二者可以共同使用的。根據這個原理,無論是基站還是移動站的衛星被遮擋,無人機的能夠進行 RTK 定位的衛星就會變少。
因此在防風林、山區等條件惡劣的地區,基站不能架設在有遮擋物的位置,否則將導致 RTK 的不穩定;在山區盡可能架在高處,盡可能開闊。有遮擋的環境要注意共用衛星的問題,飛機和基站盡可能看到同一片盡可能大的天空。
GPS 誤差的環境因素有很多,最主要影響有電離層、天氣和干擾等,這三種從本質上講都是影響了 GPS 的信號(電磁波)?;竞鸵苿诱緝啥说碾姶怒h境越相似, RTK 越穩定。
以 RTK 的覆蓋范圍為例
電離層:越靠近赤道,電離層越活躍,使得基站和移動站兩端的電磁環境隨著距離拉遠就越不相似,所以經驗上,低緯度地區的基站有效覆蓋距離小,高緯度地區的距離遠。如廣州一般是 35 km是極限,而新疆可以到 70 km,每個地方的經驗值都不一樣。
天氣:作業區域天晴,而基站那邊陰天和下雨,這時候 GPS 信號經過層到達設備的信號就不一樣了,RTK 的有效距離也會縮短。
所有跟電有關都會有電磁波輻射(無線電),都有可能造成干擾。根據經驗,常見的干擾源有:高壓線、對講機、雷達站、移動鐵塔。具體的案例:
案例分享
案例一:無人機都在飛行中同時出現了丟星迫降,隨后發現旁邊有一條高速高路,我們分析是路過的某臺車上有人開了大功率的車載電臺,干擾了這一片區域的 GPS 信號。
案例二:某客戶把基站架設在高壓線下,幾十米外的飛機一直在 FLOAT 狀態,原因是基站觀測到的衛星信號與飛機觀測到的衛星信號有極大不同。高壓線產生的電磁波干擾了 GPS 信號。
衛星一直在天上飛行,不同時刻看到的衛星是不同的。在遮擋環境下,比如在防風林邊上飛,由于衛星數和信號質量都隨時在變化,可能發生今天在這邊飛行很穩定,但其它時間則可能有發生退出 RTK 的危險。此外,出于國家經濟發展的考慮,各國對其衛星軌道的設置也不同,比如:我國在沿海經濟地區,北斗的衛星數會多一些;GPS 在美國本土的覆蓋會更好。因此我們選用的是三系統(GPS, GLONASS 和北斗)的高精度板卡,在不同地區能夠使用盡可能多的衛星來提高穩定性。
移動基站的使用場景
移動基站采用雙鏈路數據,即 4G 網絡和數傳電臺。
在使用時,需要先搜索移動基站或設置數傳的通道,飛機收到從數傳來的差分數據之后,再自動向云 RTK 請求連接這個移動基站。
這兩條鏈路是互補的,比如這一秒沒有收到數傳來的差分數據,但網絡信號還在,飛機就可以繼續使用從云RTK 來的差分數據進行持續的精準定位。這樣,就提高了 RTK 的穩定性。因此,在山區等地形復雜或離云基站較遠的區域作業時,使用移動基站會是一個不錯的選擇。
問答環節
1. 如果云 RTK 不能覆蓋的地區, 2018 款極飛無人機是不是無法作業?
云 RTK 無法覆蓋區域,仍然可以使用移動基站低精度采點來作業,不過,下次作業時,可能需要重新測繪。
2. 目前,極飛無人機能在外國作業嗎?
在國外已經開始市場推廣,包括日本、韓國、美國、澳洲都已經開始有極飛無人機作業了。
3.如果一塊田在防風林中間,基站能否架設在防風林中間?
可以,基站不能太高,否則航線剛好經過這塊防風林,有可能撞倒,但是另一方面也要看田的面積有多大,基站在田中間,四周又是防風林,能夠連接的衛星數可能有限,因此要特別留意。
4.云基站覆蓋范圍在 70 公里,那么連接的無人機有數量限制嗎?
沒有,只要在這個區域范圍內的無人機,都可以連接上去,這也是降低成本的一個方法。因此我們會在 2018 年架設更多云基站。
5.做演示時,上百人同時用手機拍照,打電話會不會影響基站效果?
拍照是不會的,但演示時很多時候會用對講機作為安保設備,這個影響比較明顯。