Множество специалистов, исследователей, студентов по направлению геодезии и космической навигации сталкиваются с необходимостью высокоточного расчета координат объектов. Существуют различные методы апостериорной обработки измерений, одним из которых является метод PPP (Precise Point Positioning). Актуальной информации о действующих онлайн сервисах, которые предоставляют возможность обработки измерений данным методом не так много. Некоторые сервисы прекратили свое существование, какие-то заблокированы для пользователей из России, а большинство из них локализовано в "недружественных странах", что делает невозможным использование данных сервисов многими организациями внутри РФ. Для начала давайте без сильного углубления пройдемся по терминам, далее перейдем непосредственно к обзору сервисов, а в конце приведем сравнительную таблицу всех рассмотренных ресурсов.
Теория
Precise Point Positioning (PPP) – это метод высокоточного определения координат GNSS-приёмников без использования базовых станций. PPP достигает сантиметровой точности местоопределения за счёт апостериорной обработки «сырых» спутниковых измерений формата RINEX с применением точных эфемерид и часов спутников. Данный метод особенно актуален при расчете координат объектов в удаленных районах.
Receiver Independent Exchange Format (RINEX) - стандартный формат обмена данными используемый для файлов исходных данных спутниковых навигационных приёмников (GNSS). Разработан Международной службой ГНСС (IGS). Большое количество приёмников способны напрямую сохранять измерения в данном формате. Кроме того существуют различные конвертеры, доступные в публичном доступе (например конвертер из состава программного комплекса RTKLib или RTKLibExplorer). Подробнее об актуальной версии RINEX можно прочитать по ссылке.
Отдельного внимания заслуживает вопрос вспомогательных данных, используемых в PPP-обработке. Для повышения точности сервисы применяют уточнённую эфемеридно-временную информацию (ЭВИ) трёх видов:
- Ultra-rapid (ультра-быструю)
Доступны практически в реальном времени.
Точность орбит: ~3–5 см.
Точность часов спутников: ~3 нс.
Итоговое позиционирование: дециметровый уровень (5–15см). - Rapid (быстрая)
Появляются через ~17–48 часов после наблюдений.
Точность орбит: ~2.5 см.
Точность часов: ~0.1 нс.
Итоговое позиционирование: сантиметровый уровень (2–5 см). - Final (финальная)
Публикуются через 5 –14 дней в зависимости от источника.
Точность орбит: менее 2.5 см.
Точность часов: ~0.02–0.05 нс.
Итоговое позиционирование: субсантиметровый уровень (1–2 см и менее).
Дополнительно используются вспомогательные файлы: BSX (DCB) с поправками межчастотных задержек приёмников и спутников, EOP с параметрами ориентации Земли и IONEX, содержащие глобальные модели ионосферы (применяются для обработки данных от одночастотных приёмников). В совокупности эти продукты позволяют сервисам PPP достигать сантиметровой и даже миллиметровой точности при достаточной длительности наблюдений.
Онлайн сервисы обработки измерений
Рассмотрим самые популярные из них – их особенности, преимущества и недостатки. В конце приведем сравнительную таблицу всех рассмотренных сервисов.
CSRS-PPP (Канада)
Canadian Spatial Reference System – Precise Point Positioning (CSRS-PPP) – бесплатный сервис, запущенный в 2003 году Геодезической службой Канады (NRCan). Является самым известным и популярным среди приведенных ресурсов, хоть и уступает некоторым другим по функционалу.
Загрузка файла становится доступна после регистрации. Сервис принимает файлы измерений формата RINEX до версии 3.03 (актуальные 4.xx не поддерживаются), объёмом до 300 МБ и длительностью не более суток. Поддерживаются архивы .zip, .gz, .Z, .tar, а также сжатых RINEX (Hatanaka CRX) .crx файлы. CSRS-PPP обрабатывает как одночастотные, так и двухчастотные измерения. Решение возможно по GPS, ГЛОНАСС и Galileo, в тоже время решение по BeiDou и QZSS не поддерживается. Для GPS и Galileo доступна функция PPP-AR — разрешение целочисленных неоднозначностей, которая ускоряет сходимость решения и особенно полезна при коротких сессиях (30–60 минут).
Настроек немного, но полезные опции есть. CSRS-PPP позволяет выбрать в качестве выходной системы координат либо североамериканскую систему NAD83, либо глобальную ITRF-2020. Можно подключить модели океанических приливов OTL/BLQ (файлы океанических приливов в формате «.blq» позволяют повысить точность местоопределения, особенно, в прибрежных районах). При этом координаты в ITRF-2020 всегда формируются на эпоху измерений. Дату пересчета можно выбрать только для NAD83, которая актуальна только для Северной Америки. Доступна обработка как статических (static), так и объектов в движении (kinematic).
Уточненная эфемеридно-временная информация (ЭВИ) появляется:
- Ultra-rapid (ультра-быстрая) - через 2 часа;
- Rapid (быстрая) - через двое суток;
- Final (финальная) - через 12-15 дней после окончания текущей недели.
Сервис CSRS-PPP предоставляет пользователю целый набор файлов с результатами обработки. Помимо финальных координат, формируется: файл SUM с параметрами фильтра, матрицы ковариации, детальным описанием входных данных и т.д., POS и CSV с координатами по каждой эпохе, TRO с оценками зенитных задержек и тропосферных градиентов, CLK с поправками приёмника по времени, а также диагностическая информация о числе использованных спутников, остатках псевдодальностей и фаз и т.д. Часть данных сведена в графики и представлена в отчете формата PDF - треки движения спутников, смещения координат по осям, тропосферная задержка и смещение часов приемника относительно времени GPS, число видимых спутников, срывы фазы и остаточные кодовые и фазовые невязки. Минусом является то, что большая часть текстовых данных представлена в собственных форматах и для их визуализации нужно писать собственный парсер.
Trimble CenterPoint RTX (США)
Trimble CenterPoint RTX - бесплатный PPP-сервис, предоставляемый компанией Trimble (США), ориентированный прежде всего на пользователей их оборудования.
Загрузка файла становится доступна после регистрации. На сервисе существует жесткое ограничение по частоте отправки файлов и по их разрешению, из-за чего очень часто происходят автоматические блокировки пользователей при попытке обработать файл.
Сервис обрабатывает как собственные форматы данных Trimble (DAT, T01, T02, T04, Quark), так и RINEX файлы до 3.02 (актуальные версии 4.xx не поддерживаются). Ограничение жёстче, чем у канадцев: обрабатывать можно только двухчастотные данные и только статику, причём длительностью не более суток. Архивы в формате .zip поддерживаются, но сжатые crx-файлы — нет.
Trimble RTX обрабатывает измерения всех основных спутниковых систем: GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou и QZSS. При этом выбор системы координат довольно широкий (смотри картинку ниже).
К сожалению на момент написания статьи мне так и не удалось обработать ни одного файла измерений при помощи данного сервиса. Каждый раз сайт выдавал ошибку загрузки файла. Если в дальнейшем работа будет восстановлена, то статья будет дополнена.
MagicGNSS (Испания)
MagicGNSS - На данный момент сервис полностью ограничил доступ к сайту для пользователей из России. Недоступен как сам сайт, так и регистрация. Пропускаем.
PPP-Wizard (Франция)
PPP-Wizard – демонстрационный сервис, разработанный Центром космических исследований CNES (Франция). Само название расшифровывается как “PPP With Integer and Zero-Difference Ambiguity Resolution Demonstrator”, то есть основная цель – продемонстрировать методику PPP с разрешением целочисленных неоднозначностей (PPP-AR).
Загрузка файла доступна без регистрации. Сервис обрабатывает RINEX-файлы до 3.02 версии (версии 4.xx не поддерживаются), размером до 50 МБ и длительностью не более суток. Поддерживаются архивы и сжатые crx-файлы. Но сразу стоит отметить ограничение: обработка возможна только по двухчастотным данным.
Системы, доступные в решении, тоже ограничены — это GPS и Galileo. Зато доступен как статический, так и кинематический режим. При этом в процессе тестирования возможностей сервиса так и не удалось получить ответа от сервиса при обработки файлов в режиме кинематики (не зря kinematic обозначен как beta). Не поддерживается выбор выходной системы координат, эпохи на которую они будут рассчитаны и т.п.
PPP решение становится доступно через 7 дней.
Главная "изюминка" PPP-Wizard — это использование методов PPP-AR (Ambiguity Resolution). Благодаря разрешению целочисленных неоднозначностей решение в статике может сходиться значительно быстрее, чем при классическом PPP, а точность достигает сантиметров на коротких сессиях. Это именно та технология, которую CNES продвигает через данный сервис.
Сервис PPP-Wizard выдает достаточно скудный отчет. На почту приходит информация о координатах объекта в ITRF2020 и некоторая сводная информация по результатам обработки.
APPS (США)
APPS (Automatic Precise Positioning Service) – онлайн-сервис, предоставляемый Лабораторией реактивного движения NASA (JPL).
Загрузка файла становится доступна после регистрации. Сервис обрабатывает RINEX-файлы до 3.02 версии (версии 4.xx не поддерживаются) размером до 100Мб. Поддерживаются файлы измерений длительностью более 24 часов, различные архивы, а также сжатые .crx файлы. Решение возможно как по одночастотным, так и по двухчастотным файлам измерений.
Сервис APPS не дает возможности выбора системы координат и выдает результат в ITRF-2020. Доступна обработка как статических (static), так и объектов в движении (kinematic). Также доступно применение OTL поправок океанических приливов по модели. При этом сервис не дает пользователю выбрать эпоху, на которую рассчитываются координаты - координаты формируются на эпоху измерений. Также в настройках доступен выбор минимального угла возвышения для спутников и применение своего ANTEX (Antenna Calibration File). А вот выбор навигационных систем ограничен GPS.
Уточненная эфемеридно-временная информация (ЭВИ) появляется:
- Ultra-rapid (ультра-быстрая) - через 2 часа;
- Rapid (быстрая) - через 2 дня;
- Final (финальная) - через 10 дней.
Удобно что обработанные файлы сохраняются в личном кабинете.
Уникальной особенностью является наличие web API и API python, что дает возможность автоматизировать процесс обработки измерений. Эту возможность отдельно я не тестировал, так что об удобстве и работоспособности ничего сказать не могу.
Отдельно стоит упомянуть возможность загрузки Attitude Quaternion File при кинематической обработке. Эти файлы содержат параметры ориентации объекта во времени и позволяют учесть повороты платформы (например, самолёта, спутника или БПЛА). Такая функция помогает корректнее учитывать смещения фазового центра антенны при поворотах.
Сервис предоставляет только текстовый отчет по результатам обработки измерений. В него входят итоговые координаты, информация о выбранных настройках а также данные по составляющим тропосферной зенитной задержки и их стандартное отклонение, а также смещения часов приемника относительно шкалы GPS и их стандартное отклонение.
WebPPP (Россия)
WebPPP (ppp.sdcm.ru) – российский онлайн-сервис апостериорной обработки измерений. Создан разработчиками системы дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ-КФД-В) и полностью локализован в России.
Загрузка файла становится доступна после регистрации. Сервис обрабатывает RINEX-файлы вплоть до последней актуальной версии 4.02, размером до 350Мб. Поддерживаются файлы с длительностью измерений более 24 часов. Допускается отправка файлов в различных архивах, а также сжатых RINEX (Hatanaka CRX) .crx файлов.
Из особенностей сервиса можно выделить:
- Решение для неподвижных объектов (static) и объектов в движении (kinematic);
- Поддержка одночастотных и двухчастотных файлов измерений;
- Множество выходных систем координат, включая отечественные ПЗ-90.11, ГСК-2011, СК-95, СК-42 и т.д.;
- Доступен выбор эллипсоида (ГСК-2011, ПЗ-90.11, WGS-84 и т.д.);
- Уникальной является возможность выбора геоида (EGM-2008, ГАО-2012, GECO и т.д.) на котором будут получены координаты приёмника;
- Выбор эпохи, на которую будут посчитаны выходные координаты (аналогичная функция есть только у CSRS-PPP и только для NAD83);
- Выбор минимального угла возвышения;
- Выбор спутниковых систем, которые будут участвовать в решении. При этом доступно решение отдельно по каждой из систем, в том числе решение отдельно по ГЛОНАСС;
- Доступно применение пользовательских поправок океанических приливов OTL (BLQ) и калибровок антенн ANTEX.
Сервис поддерживает измерения практически по всем актуальным типам сигналов для систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Beidou и QZSS.
Уточненная эфемеридно-временная информация (ЭВИ) появляется:
- Ultra-rapid (ультра-быстрая) - через 2 часа;
- Rapid (быстрая) - через 2 дня;
- Final (финальная) - через 5 дней.
В итоге наиболее точное решение можно получить уже на шестой день, что быстрее других сервисов. WebPPP получает уточненную ЭВИ от двух российских сервисов - ИАЦ КВНО (в приоритете) и СВО ЭВИ (резерв). На сайте также есть возможность проверить доступность и скачать используемые эфемериды.
Обработанные файлы хранятся в личном кабинете. Для каждого файла доступна визуализация трека его движения на карте.
Одним из уникальных достоинств сервиса является подробный отчет по результатам решения навигационной задачи. Пользователю предоставляется текстовый отчет с результатами решения и файл с анализом решения в формате PDF.
Отчет в формате PDF содержит следующие данные:
- Сводные результаты обработки;
- Трек движения приёмника (показывает траекторию движения объекта "в плане" в локальной тангенциальной СК);
- Смещения по осям;
- Общее число спутников (допущенных и исключенных из решения навигационной задачи на каждом из отcчётов);
- Тропосферная задержка и смещение часов приёмника;
- Срывы фазы;
- Остаточные кодовые и фазовые невязки по всем спутникам.
Как можно заметить все перечисленные выше данные представлены и в отчете CSRS-PPP. Но у ppp.sdcm.ru в отчете есть и некоторые уникальные графики:
- Профиль кодовой многолучевости - по всем типам сигналов, частот и ГНСС в файле измерений формируется визуализация профиля кодовой многолучевости. Профиль кодовой многолучевости позволяет оценить наличие и степень влияния на измерения отраженных сигналов от окружающих объектов, а также оценить общее качество антенны и место её размещения. На графиках также отображаются треки движения спутников и промежутки времени, на которых был принят данный сигнал;
- Наблюдаемые спутники по каждой ГНСС - на графике отображаются наблюдаемые спутники, а также причины по которым тот или иной спутник был исключен из решения, что также очень полезно для анализа решения.
Кроме отчета в формате PDF сервис предоставляет текстовый отчет. В нем содержатся координаты приемника в ITRF-2020, в выбранной системе координат, координаты на выбранном эллипсоиде и геоиде, а также параметры матрицы ковариации. Отчет составлен так, что он совместим с популярной программой RTKPLOT программного комплекса RTKLIB.
Итоги
И так, мы посмотрели все открытые онлайн сервис апостериорной обработки измерений методом PPP, которые мне удалось отыскать на просторах интернета. Давайте для наглядности составим сравнительную таблицу сервисов по ключевым параметрам: