UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

FEBRERO 2014Quito-Ecuador

TEMA:

“IMPLEMENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA NTRIP EN DISPOSITIVOS

MÓVILES NAVEGADORES, MEDIANTE UNA APLICACIÓN, PARA OBTENER

COORDENADAS GPS CON MEJOR PRECISIÓN Y EN TIEMPO REAL”

By: Oscar Fernando Silva

Oscar Silva; César Leiva; Alfonso Tierra

Carrera de Ingeniería Geográfica y del Medio Ambiente. Departamento de Ciencias de la Tierra. Universidad de la Fuerzas Armadas - ESPE. Grupo de Investigaciones en Tecnologías Espaciales. Av. Gral Rumiñahui. Sangolquí, Ecuador. oscarfsv@gmail.com

GENERALIDADES

GENERALIDADES

Evolución en el cálculo (disminuir errores, aumento de precisión).

Mecanismos y técnicas (Post - Proceso). Acceso a información de posicionamiento. Redes de información inmediatas. Mediciones en Tiempo Real a la vanguardia. RTK y NTRIP

Fuente: tech2.in, 2010

Tiempo Real. Código C/A. Posicionamiento por

satélites, Antenas o redes móviles, Google Maps (Internet).

AGPS. Precisión 2,5 – 10 m

horizontal. Cualquier parte del

mundo. Bajo Costo. Android

MÓVIL Y NAVEGADOR

GENERALIDADES

NTRIP Protocolo de transporte de información.

Mensaje RTCM para DGPS y RTK.

Internet Móvil Source, Caster, Server, Client

Fuente: Active Geodetic Network

GENERALIDADES

TCP/IP Base del internet Transmisión de

paquetes Enlace de ordenadores

GENERALIDADES

NMEA Especificación combinada de datos. Inicialmente medio de comunicación

para instrumentos marinos. Usado mayormente en receptores GPS.

GENERALIDADES

RTCM Comisión Radio Técnica para Servicios Marítimos (EEUU)

Versiones RTCM RTCM-2.0 corrección de código RTCM-2.1 corrección de código y de

fase RTCM-2.2 ídem anterior + GLONASS RTCM-2.3 ídem anterior + definición de

antena RTCM-3.0 solución de red

OBJETIVO GENERAL

OBJETIVO GENERAL

Incorporar la tecnología NTRIP en dispositivos móviles navegadores,

mediante una aplicación, para obtener coordenadas GPS con mejor

precisión y en tiempo real.

ANTECEDENTES

ANTECEDENTES

El mapa muestra estar sobre las manzanas

Google Maps

ANTECEDENTESPrecisiones > 20 metros

Soluciones instantáneas con redes celulares e internet.AGPS

HIPÓTESIS

Las correcciones de código generadas por una estación GNSS de

monitoreo continuo y enviadas mediante protocolo NTRIP, mejoran la

posición de un GPS navegador con errores menores a 1 metro.

HIPÓTESIS

EQUIPOS UTILIZADOS

Estación GNSS Base

NMEA

RTCM Vx.

Tablet Receptor Móvil

Navegador

NMEA

MMapper Receptor Móvil

Navegador

EQUIPOSBASE MOVIL

INFORMACIÓN

GGA

GSA

GSV

Coord. Cartesianas

Correcciones

NMEA

RTCM

GENERALIDADES

METODOLOGÍA

MÉTODO

CORRECCIÓN DIFERENCIAL

Corrección Diferencial por PosiciónMÉTODO

X’

Y’

-X’

-Z’

-Y’Z’

Sistema Local De Coordenadas• Origen de Coordenadas en el Punto de

Observación (Ej.: Antena Choke Ring)• Punto de Referencia de la Estación Base

(Conocido)• Sistema de Mano Izquierda

ESTACIÓN BASE

MÉTODO

X’

Y’

-X’

-Z’

-Y’Z’

ESTACIÓN BASE

Punto de Referencia Conocido (Coordenadas Conocidas) NTRIP

Punto marcado en un instante t (Coordenadas Conocidas) TCP/IP

Vector Error

Componentes en Coordenadas Cartesianas X Y Z

t1Base

MÉTODO

Sistema Local De Coordenadas

Distancia Real entre dos puntos

TABLET RECEPTOR MÓVIL

X’

Y’

-X’

-Z’

-Y’Z’

Punto marcado en un instante t Componentes en Coordenadas Cartesianas X, Y y Z.

t1Móvil

MojónPunto de Control Horizontal(Coordenadas Conocidas)

MÉTODO

Y

X

-X

-Z’

-Y’

Z

POSICION CON NAVEGADOR

Geocentro

t1MóvilXTAB

ZTAB

YTAB

Aplicación de en las Componentes Cartesianas X, Y y Z

XCORR

ZCORR

YCORR

t1Corrección

MÉTODO

Vector de Corrección

TABLET RECEPTOR MÓVIL

X’

Y’

-X’

-Z’

-Y’Z’Mojón

Punto de Control Horizontal(Coordenadas Conocidas)

Distancia Mojón (Pto Conocido) y Coordenadas Tablet

t1Móvil

Distancia Mojón (Pto Conocido) y Coordenadas Corregidas

t1Corregido

Vector de Corrección

MÉTODO

DIAGRAMA GENERAL

NTRIPSourseEstación GNSS de Monitoreo Continuo

NetR5/R9

Administrador

Constelación de Satélites

Caster y ServerNTRIP

UsuariosCliente NTRIP

Mobile Mapper 10

Samsung Galaxy Tab2

RTCM

NMEA

DIAGRAMA

GENERAL

ZONA DE ESTUDIO

ZONA DE ESTUDIO

PUNTOS DE CONTROL

NTRIP

ZONA DE ESTUDIO

PUNTOS DE CONTROL

NTRIP

RESULTADOSTABLET

ESTADÍSTICOVALORES

Día GPS 190 / 14h 30minPromedio 1.842 m

Desviación estándar 0.720Varianza 0.5187Mediana 2.060Rango 3.342 mMínimo 0.139 mMáximo 3.481 mSuma 96998.911 m

Conteo 52200 sR (Coef. Correlación) 0.4106

R2 (Coef. Determinación) 0.1686Error Estándar 0.8306

BASE

TABLET CASO 1

Pto Conocido - Tablet (m)

Pto Conocido - Corrección (m)

Media 5.187 Media 5.387Desviación estándar

3.292 Desviación estándar

3.626

Varianza 10.838 Varianza 13.154Rango 14.535 Rango 16.619V. Mínimo 0.288 V. Mínimo 0.055V. Máximo 14.823 V. Máximo 16.674Suma 1561.4

07Suma 1621.690

Conteo 301 Conteo 301

VERTICE: SANTA ROSADISTANCIA BASE: 2,40 KM.

TABLET CASO 1

Prueba Estadística

Prueba Z e intervalo de confianza al 95%

TAB

CORREC.

Muestreo: 9 observacionesTransmisión: NTRIPBase: ESPERemoto: Tab2 NMEA RTCMEstadístico utilizado:

V > 4m

H < 2.2m

TABLET

RESULTADOSMOBILE MAPPER 10

Pto Conocido – Mmapper (m)

Pto Conocido – Corrección (m)

Media 0.796 Media 0.559Desviación estándar

0.290 Desviación estándar

0.345

Varianza 0.084 Varianza 0.119Rango 0.864 Rango 1.021V. Mínimo 0.455 V. Mínimo 0.145V. Máximo 1.319 V. Máximo 1.165Suma 198.441 Suma 139.358Conteo 249 Conteo 249

MMAPPER CASO 1VERTICE: CANCHA ESPEDISTANCIA BASE: 0,28 KM..

MMAPPER CASO 1

Prueba Estadística

Prueba Z e intervalo de confianza al 95%

TAB

CORREC.

MMAPPERVERTICE: CIE04DISTANCIA BASE: 0,47 KM.

VERTICE: VICENTINADISTANCIA BASE: 11,86 KM.

VERTICE: H. SURDISTANCIA BASE: 13,10 KM.

VERTICE: PIFODISTANCIA BASE: 16 KM.

Muestreo: 9 observacionesTransmisión: NTRIPBase: ESPERemoto: Tab2 NMEA RTCMEstadístico utilizado:

V > 3m

H < 1.5m

MMAPPER

ESTADISTICAS DE DISTANCIAS MOBILE MAPPER 10EQUIPO Promedio

(m)Desviación Estándar

Valor Máximo (m)

Valor Mínimo (m)

Diferencia (>0 mejora ; <0 empeora) (m)

CANCHA 0.21kmMM10 0.797 0.290 1.320 0.455

0.237CORRECCIÓN 0.559 0.345 1.165 0.145

CIE04 0.46kmMM10 1.595 0.439 2.372 0.894

0.643CORRECCIÓN 0.951 0.253 1.311 0.321

SANTA ROSA 2.5kmMM10 1.997 0.189 2.378 1.763

0.317CORRECCIÓN 1.679 0.301 2.044 1.147

MIRAVALLE 8.5kmMM10 2.242 0.329 2.759 1.568

-0.937CORRECCIÓN 3.180 0.271 3.660 2.640

VICENTINA 11.86kmMM10 4.378 0.647 5.239 3.331

2.787CORRECCIÓN 1.590 0.605 2.374 0.527

PANECILLO 12.5kmMM10 4.412 0.255 4.827 3.612

2.268CORRECCIÓN 2.143 0.577 2.788 1.143

HOSPITAL DEL SUR 13.2kmMM10 2.283 0.145 2.771 2.061

0.976CORRECCIÓN 1.307 0.180 1.970 1.077

PIFO 16kmMM10 3.101 0.617 4.459 2.311

0.885CORRECCIÓN 2.216 0.651 3.601 1.318

CEMEXPO 31.1kmMM10 1.096 0.151 1.340 0.779

-0.626CORRECCIÓN 1.723 0.279 2.377 1.293

MMAPPER

NTRIP vs DGPSPunto NTRI

PDGP

SCancha ESPE √ -CIE04 √ -SANTA ROSA √ -

MIRAVALLE - √VICENTINA √ -H del SUR √ -PE 18483 -

Y √ -PE 16943 -

Y - √

MOBILEMAPPER 10OBSERVABLE PRESICIONES EN POSICIÓN (m)

INSTANTANEA PROMEDIO 5 min.Código C/A 3 2

MOBILEMAPPER 10

OBSERVABLE DISTANCIA A BASE

PRESICIONES EN POSICIÓN (m)INSTANTANEA PROMEDIO 5 min.

Código C/A + Correcciones Diferenciales

0 – 20 km 2 1

TABLET

OBSERVABLE PRESICIONES EN POSICIÓN (m)INSTANTANEA PROMEDIO 5 min.

Código C/A 10 – 8 5

TRES MEDICIONES

RESULTADOS TOTALESDistancias (m)

PUNTO CORRECCIÓN TABLET

CORRECCIÓN MM10

DGPS

CANCHA ESPE 3,804 0,484 0.584CIE04 2,403 0,747 1.657

SANTA ROSA 1,917 1,665 2.346MIRAVALLE 2,991 3,171 1.082VICENTINA 0,909 1,554 3.952H del SUR 1,397 1,111 1.142

PE 18483 - Y 2,657 2,207 3.853PE 16943 - Y 2,109 1,715 0.988

CONCLUSIONES

La única información de posicionamiento que presentan los teléfono inteligentes son las sentencias NMEA, Mobile Mapper no presentó esto y se procedió a descargar archivos .dxf y sincronizar con una hora UTC.

Limitaciones en el proceso de corrección diferencial por posición, mejores resultados en radio 20km.

En teléfonos móviles inteligentes ANDROID que cuenten con la triangulación por redes telefónicas y ubicación por Google Maps o AGPS, para esta técnica de NTRIP con código, se necesita tener activa la función de posición por satélites GPS.

Los móviles utilizados registraron una precisión entre 15 y 30 metros en solución instantánea en horizontal, este dato se reducía drásticamente a valores entre 5 y 12 con el uso estricto de satélites GPS, sin NTRIP.

CONCLUSIONES

Hubo perdida de señal del internet en lapsos de 10, 20 y 30 segundos, afectaron las mediciones, por ende se aumento el tiempo de recolección de datos.

Descarga de datos del internet, 10 horas supuso 6MB aproximadamente, 22 horas 11MB.

Se utilizaron dos equipos móviles con el fin de analizar si el modelo matemático de corrección y posicionamiento era el ideal, se obtuvo con la Tablet una variabilidad en la ubicación con una tendencia aleatoria no parecida a la de la base y precisiones de 5 a 10 metros, el Mobile Mapper 10 con precisiones de 3 a 1 y con una tendencia de posición muy parecida a la base.

CONCLUSIONES

No se pudo obtener una mejoría en la corrección de datos del dispositivo Android, dado que éste usa el AGPS y por mas que se desconectaron los servicios de ubicación por redes móviles y búsqueda de Google, se reflejaron resultados con un tendencia que no correspondía a la de la base, no se tuvo acceso al modelo matemático empleado por el dispositivo para el cálculo de la posición, con ello no se pudo determinar si la base y el móvil utilizan el mismo sistema de posicionamiento.

La mejoría de los resultados obtenidos en la corrección del Mobile Mapper 10, se atribuye a que el modelo matemático utilizado por este dispositivo es prácticamente igual al que utiliza la base, por ende los datos de ubicación tienen una tendencia parecida, con ello la mejoría con la corrección de la aplicación se da de forma positiva.

CONCLUSIONES

Se utilizaron tres tipos de mediciones, en navegación se obtuvieron exactitudes de 2 a 7 metros con teléfonos inteligentes y de 0.7 a 4.5 en MMapper 10, en navegación con NTRIP, el sistema ANDROID no presentó mejoría mientras que en el Mobile Mapper 10 se obtuvo exactitudes entre 0.5 a 3 metros y por último el DGPS, utilizado solo en MMapper 10, mostró aproximadamente los mismos registros en exactitud que la navegación con NTRIP.

Geo-localización, cartografía, catastro, datos geoespaciales para SIG, creación y actualización de mapas, con precisión inferior a 1m.

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

Analizar el modelo matemático de posicionamiento utilizado en los chip GPS de Android para determinar si es el mismo que se utiliza en los navegadores comunes y si el sistema AGPS altera la posición en las soluciones finales, con el fin de validar o adaptar un nuevo modelo, mediante programación, que mejore la precisión.

Programación del chip GPS, para liberar información de posicionamiento mas detallada, con el fin de utilizar las correcciones por pseudodistancia contenida en los mensajes RTCM.

Previo a la utilización de una estación GNSS de monitoreo continuo, es necesario saber de ante mano, cual es la época, el marco de referencia y la precisión de las coordenadas.

Modelos matemáticos ionosféricos y retrasos troposféricos locales.

Soluciones de red.

RECOMENDACIONES

GRACIAS POR SU ATENCIÓN