世界上最快的GNSS RTK漫游者:徕卡GS18T

罗晓光博士，Stefan Schaufler和Bernhard里克特讨论GNSS和惯性测量单元（IMU）中传感器融合领域的最新发展。新的Leica GS18 T GNSS RTK ROVES将GNSS和IMU与铅笔自动调节杆倾斜度。了解如何提高生产率，扩展RTK适用性并减少人为错误。

传统RTK测量目前面临的挑战是什么？
需要用圆形气泡对极点进行手动调平，将相位中心位置减小到极点尖端(通过考虑天线相位中心偏移和极点长度)，给用户造成了一些不利的情况:

在生产力方面，调整极点需要时间，特别是在需要反复进行的监视中。
就精度而言，垂直握住电杆会受到人为错误和仪器缺陷的影响，例如错误调整的气泡。
关于适用性，例如，在测量建筑转角时，不可能始终将杆垂直固定在目标点上。

在解决用户问题方面：徕卡GS18 T的主要优势是什么？
新的漫游者有几个好处:

没有现场校准
免于磁扰动
适用于大倾斜角度
Heading-aided 3 d可视化

新的Leica GS18 T GNSS RTK ROVER将GNSS和IMU组合起来自动调节从铅铅杆的杆倾斜度，这增加了生产率，扩展了RTK适用性并降低了人类错误。它提高了超越比较的整体用户体验。

图1 -徕卡GS18 T GNSS RTK漫游者与徕卡CS20现场控制器。

徕卡GS18 T漫游者如何满足日益增长的现场速度需求?
“世界上最快的GNSSS RTK漫游者”的定义基于三个支柱:IMU-based倾斜赔偿技巧结合瞬时RTK．这可以实现最高的生产率(精度和可靠性——特别是在地形测量中)，并提供与手动调平杆测量类似的精度。由于倾斜补偿，不需要使极点水平，这比传统的GNSS RTK测量方法平均提高了20%的生产率。此外，GS18 T利用MEMS IMU的高速加速度和角速度来实时确定磁极的姿态。由于这些IMU测量不受磁场影响，GS18 T不受磁场干扰，不需要任何耗时的现场校准。它可以开箱即用，比基于磁力计的系统更快。

图2 -徕卡GS18 T作为最快的GNSS RTK漫游者与基于imu的倾斜补偿。

始终存在着进入困难目标的问题——比如建筑转角和障碍点？
对于GS18 T来说，这不再是一个挑战。由于基于imu的倾斜补偿，以前GNSS无法接近的目标，现在可以用RTK直接测量，甚至在超过30度的大倾斜角度。受益于先进的信号跟踪，GS18 T特别适用于RTK应用，其中天空是可见的，例如，靠近树线，叶片或城市峡谷的操作。通过应用IMU-based倾斜补偿在GS18T中，只要跟踪足够数量的GNSS卫星即可提供高精度RTK解决方案，最大倾斜角度没有限制。大的倾斜角度都是过去的问题。gs18t适用于隐藏点测量(如隐藏角落或被停放车辆部分遮挡的点)。

在一个有潜在危险的调查环境中进行测量时，这会直接影响安全方面吗?
完全是 - 不必专注于平衡杆，用户可以更加关注自己的安全。通过车辆和操作机器的风险大大降低。此外，态度信息用于通过自动更新周围环境的3D可视化（取决于传感器方向）来帮助用户通过自动更新3D可视化来帮助用户。

图3-使用徕卡GS18 T测量建筑物转角和障碍点，这些以前在使用垂直杆进行常规RTK测量时无法测量。

看来你们已经成功地集成了两个导航源，GNSS和INS？
长期存在于航空航天工业的综合GNSS/INS导航系统，现已应用于测量领域。这总结了成功的整合:

图4-徕卡GS18 T中实施的GNSS/INS集成示意图和简化图。

GNSS和INS之间的一致性检查不断进行，以便能够应对极端杆动态的强大系统，例如硬冲击。由于在倾斜补偿位置的计算中没有涉及磁力计测量，因此GS18 T对磁干扰免疫。

当直接比较传统RTK和倾斜补偿RTK时，您是否进行了测试以证明其实际优势？
为了证明使用倾斜补偿的好处，GS18 T在开放天空和强多路径条件下与Rover A进行了基准测试。在露天试验(图12)中，已知两个点P1和P2相距8 m，在瞬时模式下交替测量10分钟。在使用Rover A时，需要在瞬时测量前对杆进行精确调平，而gs18t由于倾斜补偿不需要这样做。10分钟内的测量点数量代表了生产率的一个简单指标。

图5 -开放天空下瞬时模式下两个点交替测量10分钟的RTK性能基准(Rover A vs. gs18t，杆长:1.800 m)

图6 -在强多径环境下的RTK定位测试(杆长:1.800米)(a)金属立面建筑附近的测量标记，(b)徕卡GS18 T倾斜补偿RTK测量。

表1总结了开放天空测试的结果与生产力和准确性：

表1-10分钟内测量点的数量与GS18 T和Rover a之间产生的rms误差的比较（开阔天空，杆长：1.800 m，瞬时测量）。

无需调平电杆，GS18 T可显著缩短测量时间，从而在10分钟内将测量点数量从57个增加到76个，增加33%。在倾斜补偿情况下，尽管姿态确定产生了额外的误差，但与月球车A相比，3D rms误差仅大3 mm，达到2.4 cm，这在大多数地形测量中是可以接受的。

表2总结了关于可用性、准确性和可靠性的结果:

表2 - GS18 T和Rover A在强多路径环境下RTK定位的可用性、准确性和可靠性的比较(杆长:1.800 m，瞬时测量)

使用GS18 T具有倾斜补偿，与使用ROVE A的常规RTK相比，RTK固定解决方案的可用性增加了15％。定位精度明显改善，平均达到50％。可靠性给出了位置误差小于CQ的三倍的百分比，水平组件略有增强高达6％的百分比。请记住，如此强大的多径环境被认为是极端情况，远远超出了与准确性和可靠性规格相关的标准条件。另外，在这种情况下，通过ROVE A可以用ROVE A测量近于10厘米到建筑物的点，因为在这种情况下，不可能在目标点处级杆。

汽车、电线和结构钢建筑——每个测量员每天都要面对这些以及进一步的局部磁场干扰。新款徕卡GS18 T是否能解决这个问题？
答案很简单:除了不需要现场校准，基于imu的倾斜补偿相对于基于磁力计的方法的一个主要优势是抗磁场干扰。我们比较了两个在磁场干扰下的漫游者。从表5中总结的均方根误差来看，GS18 T的2D精度大约比Rover B高2厘米，而1D精度则处于相似的水平:

表3 - GS18 T和ROVER B之间RMS误差在磁扰动下的rms误差（停车场，极长：1.800m，静态测量）的比较。

在表3中概述的RMS错误看，GS18 T的2D精度比ROVER B的2D大约为2厘米，而1D精度处于类似的水平。

通过比较图7a中的2D误差，GS18 T提供了比Rover B更高的精度和一致性。此外，2D CQ估计值与2D误差一致，以真实的方式反映了定位精度。关于图7b中来自漫游者B的结果，如果检测到磁干扰，则2D CQ值显著大于2D误差，表明不可靠的倾斜补偿解决方案。在这种情况下，用户需要重复测量或切换到传统RTK模式，这会降低生产率。在某些情况下，例如，当以较大倾角测量点时，基于磁强计的系统不会通知用户无法达到显示的精度。