¿Qué es GNSS RTK y cómo funciona?

En esta publicación, explicaremos la tecnología RTK y cómo se diferencia del posicionamiento GNSS estándar y otros métodos de alta precisión como PPP (Posicionamiento de punto preciso). Exploraremos el papel clave de las estaciones base y las redes de referencia en RTK, y compararemos los sistemas RTK de frecuencia única y frecuencia dual. Finalmente, describiremos los requisitos de hardware y software para usar RTK en varias aplicaciones.

GNSS RTK es una forma de obtener información de ubicación muy precisa de los satélites en tiempo real. GNSS significa Sistema Global de Navegación por Satélite e incluye diferentes sistemas como GPS (USA), GLONASS (Rusia), Galileo (EU) y BeiDou (China).

RTK utiliza datos de una red de estaciones fijas que conocen sus posiciones exactas y envían correcciones para señales de satélite. Un receptor móvil, como un instrumento topográfico o un automóvil autónomo, puede usar estas correcciones para calcular su propia posición precisa en relación con las estaciones fijas.

¿Cuál es la diferencia entre el posicionamiento RTK y el GNSS estándar?

El posicionamiento RTK (Cinemática en tiempo real) y el GNSS (Sistema global de navegación por satélite) estándar son dos técnicas para obtener información de posición de sistemas basados en satélites. Se diferencian en los siguientes aspectos:

Precisión: el posicionamiento GNSS estándar, también conocido como posicionamiento independiente o de punto único, proporciona una precisión posicional del orden de varios metros. Esto es adecuado para muchas aplicaciones generales, como navegación, seguimiento y servicios basados en la ubicación.

RTK es una técnica GNSS diferencial que proporciona una precisión posicional del orden de centímetros. Esto es necesario para aplicaciones que necesitan una mayor precisión, como topografía, construcción, agricultura, logística, robótica y navegación de vehículos autónomos.

Metodología: El posicionamiento GNSS estándar determina la posición del usuario midiendo el tiempo de vuelo de las señales de los satélites al receptor. La precisión de este método está influenciada por varios factores, como los errores del reloj del satélite, los retrasos atmosféricos y los errores de trayectos múltiples.

RTK mejora la precisión del posicionamiento GNSS mediante el uso de una red de estaciones de referencia fijas con posiciones conocidas. Estas estaciones observan continuamente las señales de los satélites y calculan las correcciones de los errores mencionados anteriormente. Un receptor RTK móvil aplica estas correcciones en tiempo real para mejorar su precisión posicional.

Por lo tanto, la principal diferencia entre RTK y el posicionamiento GNSS estándar es que RTK logra un mayor nivel de precisión mediante el uso de correcciones en tiempo real de las estaciones de referencia, mientras que el posicionamiento GNSS estándar depende solo de las señales de los satélites y proporciona información de posicionamiento menos precisa.

¿Qué se requiere para usar RTK?

RTK (cinemática en tiempo real) requiere componentes de hardware y software específicos para permitir un posicionamiento de alta precisión. Aquí hay una descripción general de los requisitos típicos:

Hardware:

• Receptor GNSS: un receptor compatible con RTK que puede procesar señales de satélite y datos de corrección. Debe admitir múltiples constelaciones GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) y puede ser de frecuencia única, frecuencia dual o frecuencia múltiple, y esta última proporciona un mejor rendimiento.
• Antena: una antena de alta calidad que puede recibir señales de satélite con una mínima interferencia y errores de trayectos múltiples. Debe coincidir con las bandas de frecuencia admitidas por el receptor y los requisitos de la aplicación.
• Estación Base: Una estación de referencia fija o acceso a una red de estaciones de referencia. Debe tener una posición conocida y estar equipado con un receptor y una antena compatibles con RTK para transmitir datos de corrección en tiempo real.
• Comunicación de datos: un método para transmitir datos de corrección desde la estación base al receptor móvil (rover) en tiempo real. Pueden ser módems de radio, módems celulares o soluciones basadas en Internet como NTRIP (Transporte en red de RTCM a través del Protocolo de Internet).

Software:

• Procesamiento RTK: Software que puede procesar medidas GNSS y datos de corrección. Debe ser compatible con el hardware. Puede ser proporcionado por el fabricante del receptor o de proveedores externos.
• Registro y análisis de datos: Software que puede registrar, postprocesar o analizar datos. Puede incluir software GIS (Sistema de información geográfica), software topográfico u otras herramientas especializadas adaptadas a necesidades específicas, como geómeter SCOUT, SurPad, SurvX, etc.

Estos son los componentes básicos de hardware y software necesarios para implementar RTK.

Cómo las estaciones base y las redes de referencia proporcionan correcciones RTK

Las estaciones base y las redes de referencia son componentes clave de RTK que proporcionan los datos de corrección necesarios para un posicionamiento de alta precisión. Así es como funcionan:

Estación base: una estación base, o estación de referencia, es un receptor GNSS fijo con una posición conocida. Supervisa las señales de los satélites GNSS y calcula correcciones en tiempo real para varios errores que afectan la precisión del posicionamiento. Estos errores incluyen la órbita del satélite y los errores del reloj, los retrasos atmosféricos y los efectos de trayectos múltiples.

La estación base envía estas correcciones al receptor móvil, que las aplica para mejorar su precisión posicional. La precisión de la solución RTK depende en gran medida de la calidad y la distancia de las correcciones desde la estación base. En general, las distancias más cortas (menos de 20-30 km) dan como resultado una mayor precisión.

Redes de referencia: una red de referencia es un sistema de múltiples estaciones base que cubren un área geográfica más grande. Las estaciones de una red de referencia colaboran para generar datos de corrección más precisos y fiables. Estos datos pueden ser utilizados por múltiples receptores móviles, lo que los convierte en una solución más eficiente para aplicaciones que necesitan correcciones RTK en áreas extensas o para múltiples usuarios.

Las redes de referencia pueden estar a cargo de organizaciones públicas, empresas privadas o ambas. Usan software avanzado para procesar los datos de todas las estaciones base, considerando factores como la distribución espacial de las estaciones y la posición del rover. Luego, las correcciones se envían a los receptores móviles utilizando varios métodos de comunicación, como radio, redes celulares o Internet (por ejemplo, a través de NTRIP).

En resumen, las estaciones base y las redes de referencia son partes vitales del sistema RTK, ya que proporcionan los datos de corrección en tiempo real necesarios para lograr una precisión de posicionamiento de nivel centimétrico. Si bien una sola estación base puede funcionar en algunas aplicaciones, las redes de referencia ofrecen una solución más escalable y eficiente para áreas más grandes o múltiples usuarios.

RTK (cinemática en tiempo real) vs PPP (posicionamiento de punto preciso): una comparación

RTK y PPP son técnicas de posicionamiento GNSS de alta precisión, pero tienen diferentes metodologías, precisión, tiempo de convergencia y requisitos de infraestructura. Así es como difieren:

Metodología: RTK es una técnica GNSS diferencial que utiliza correcciones en tiempo real desde una estación base cercana o una red de referencia para lograr una precisión de nivel centimétrico. Corrige errores como la órbita del satélite y errores de reloj, retrasos atmosféricos y efectos de trayectos múltiples. RTK depende de la correlación espacial de estos errores entre la estación base y el receptor móvil.

PPP es una técnica GNSS independiente que no necesita una estación base cercana. Utiliza información precisa de la órbita del satélite y del reloj, así como modelos atmosféricos globales, para corregir los errores. PPP puede funcionar con receptores de frecuencia simple o dual y puede proporcionar posicionamiento de alta precisión en cualquier parte del mundo sin estaciones de referencia locales.

Precisión: RTK normalmente logra una mejor precisión que PPP. RTK puede proporcionar una precisión de nivel centimétrico, mientras que PPP puede proporcionar una precisión de nivel subdecimétrico a centimétrico, según la implementación y la disponibilidad de datos de corrección.

Tiempo de convergencia: RTK generalmente tiene un tiempo de convergencia más rápido y, a menudo, proporciona resultados de alta precisión en cuestión de segundos a unos pocos minutos. Esto lo hace adecuado para aplicaciones en tiempo real. PPP generalmente tiene un tiempo de convergencia más largo, a veces tarda de varios minutos a horas para alcanzar su potencial de precisión total. Esto hace que PPP sea menos adecuado para aplicaciones en tiempo real que necesitan resultados inmediatos de alta precisión.

Requisitos de infraestructura: RTK requiere una estación base cercana o acceso a una red de referencia, lo que puede implicar costos y mantenimiento adicionales. Esto también limita el rendimiento de RTK en áreas donde la cobertura de la estación de referencia es escasa o inexistente.

PPP no requiere estaciones de referencia locales, lo que puede hacerlo más accesible y rentable, especialmente en áreas remotas. Sin embargo, PPP se basa en la disponibilidad de datos de corrección precisos, que normalmente son proporcionados por servicios globales o regionales y pueden implicar tarifas de suscripción.