厘米級(jí)地下勘測應(yīng)用案例分享

本文作者 | Franco de Lorenzo，u-blox服務(wù)首席產(chǎn)品主管

高精度GNSS技術(shù)推動(dòng)地下測繪領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)模式轉(zhuǎn)變。

Screening Eagle將探地雷達(dá)與u-blox的GNSS增強(qiáng)服務(wù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正輕松易行的地下測繪，實(shí)時(shí)生成意義非凡的3D地下地圖。

01.重大變革背后的驅(qū)動(dòng)力

聽到“模式轉(zhuǎn)變”這個(gè)詞，您會(huì)想到什么?是什么驅(qū)使我們?cè)诳创澜?、做事方式或信仰方面做出根本性的改?“模式轉(zhuǎn)變”描述的就是這類顛覆性變革。當(dāng)新技術(shù)促使我們的流程、產(chǎn)品或服務(wù)的開發(fā)方法發(fā)生徹底改變時(shí)，模式轉(zhuǎn)變也就隨之發(fā)生。本文描述了改變地下測繪世界游戲規(guī)則的那些靈光閃現(xiàn)的時(shí)刻。

02.地下測繪項(xiàng)目的痛點(diǎn)

探地雷達(dá)(GPR)是一種地球物理定位技術(shù)，其應(yīng)用已有數(shù)十載之久，這種技術(shù)能以破壞性極小的方式探測地底情況，支持公共事業(yè)、考古學(xué)等多種地球物理應(yīng)用場合。

GPR最大的優(yōu)勢是能在不破壞表面的情況下定位對(duì)象。GPR可在多種應(yīng)用(包括公用事業(yè)測繪、地下測繪和石方開挖項(xiàng)目)中進(jìn)行具有成本效益的虛擬勘測。

遺憾的是，傳統(tǒng)方法中一直存在三個(gè)痛點(diǎn)：

掃描前需要進(jìn)行耗時(shí)的勘探工作;

難以在現(xiàn)場解讀采集到的2D雷達(dá)圖像;

需要進(jìn)行后期處理才能獲得3D結(jié)果。

這些局限性拖累了地下測繪項(xiàng)目，造成地下項(xiàng)目作業(yè)的實(shí)際開始時(shí)間相較于初始現(xiàn)場掃描存在長時(shí)間滯后。

迄今為止，要確定地下測繪的精準(zhǔn)定位，仍然需要勘察級(jí)別的全球定位衛(wèi)星(GPS)接收機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位系統(tǒng)。

但這種解決方案要用到成本高昂的硬件和服務(wù)組合，包括功能強(qiáng)大的接收機(jī)(成本在數(shù)千到數(shù)萬美元之間)、RTK軟件(成本要數(shù)百美元)，還由其他一些附加開支，比如外設(shè)硬件(三腳架、支桿或移動(dòng)站支桿)。

實(shí)地勘察可能相當(dāng)耗時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模、范圍或地面復(fù)雜性的不同，需要數(shù)天乃至數(shù)周的時(shí)間。在提高實(shí)地勘察速度時(shí)，RTK系統(tǒng)的可靠性、覆蓋范圍和可用性等實(shí)際考慮因素決定著成敗。

要解決傳統(tǒng)方法的痛點(diǎn)，需要結(jié)合運(yùn)用先進(jìn)的GPR技術(shù)與全新高精度全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)技術(shù)。

03.借助高精度GNSS解決方案激發(fā)創(chuàng)新

幸運(yùn)的是，如今我們可以通過有別于傳統(tǒng)的解決方案來滿足精準(zhǔn)定位的需求。為打造出高精度產(chǎn)品，我們可以將GNSS接收機(jī)與全球可用的現(xiàn)有高精度增強(qiáng)服務(wù)相結(jié)合，其采用一種稱為PPP-RTK的技術(shù)，將精密單點(diǎn)定位與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相結(jié)合，從而可以在幾乎任何地方提供精確解決方案，避免需要大量時(shí)間和成本的實(shí)地勘察工作。

此解決方案可在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)(通常僅需幾秒)實(shí)現(xiàn)高精度測繪，誤差不超過10厘米，讓操作人員能夠把精力鎖定在地下測繪目標(biāo)上。此外，其交付靈活性和定價(jià)模式能夠確保運(yùn)營成本的可預(yù)測性，也方便將這項(xiàng)成本納入整體業(yè)務(wù)成本結(jié)構(gòu)。

在這些重要進(jìn)展的推動(dòng)下，高精度GPS解決方案擺脫了原有高成本、客制化和耗時(shí)的痛點(diǎn)，邁進(jìn)新的大眾市場時(shí)代。當(dāng)今的創(chuàng)新者致力于在地球物理定位應(yīng)用中利用價(jià)值導(dǎo)向型高精度GPS解決方案的優(yōu)勢，從而徹底改變地下勘測。

“ 鑒于這種模式轉(zhuǎn)變帶來的優(yōu)勢。

Screening Eagle等客戶已將地球物理定位技術(shù)與u-blox PointPerfect GNSS增強(qiáng)服務(wù)相結(jié)合?！?/p>

Screening Eagle GS8000是一款地下公用事業(yè)測繪系統(tǒng)，將先進(jìn)的GPR和GNSS技術(shù)相結(jié)合，不但能定位地下對(duì)象，還能在現(xiàn)場直接將掃描到的特征與線稿以數(shù)字化形式呈現(xiàn)到3D地圖上，并輸出到CAD/GIS中。因此，GS8000既是勘測工具，也是GPR工具。

“PointPerfect讓我們有機(jī)會(huì)為GS8000客戶呈現(xiàn)更高水準(zhǔn)的用戶體驗(yàn)。用戶只要點(diǎn)擊一下，就能在歐洲和美國獲得勘測級(jí)別的精確度，真正做到閑庭漫步間獲得帶有地理定位的地下3D圖像。這將掃描前后的時(shí)間和麻煩減少到幾乎為零;也在很大程度上杜絕了猜測，堪稱一舉三得。”

—— Gorka Santamaria

Screening Eagle高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理

PointPerfect的優(yōu)勢：

數(shù)秒內(nèi)獲得結(jié)果，精度可達(dá)到3-6厘米1 ;

通過互聯(lián)網(wǎng)和L-band衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)>99.9%的正常運(yùn)行時(shí)間;

支持美國本土、歐洲和韓國，還在陸續(xù)添加對(duì)新地區(qū)的支持;

直觀易用的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)交付平臺(tái)，提供適合不同使用場景和應(yīng)用需求的靈活套餐;

低數(shù)據(jù)帶寬，為用戶降低傳輸成本;

無縫集成定位和通信硬件。

04.u-blox的不同之處

支持順暢業(yè)務(wù)

靈活的交付方法是我們的解決方案與眾不同的一項(xiàng)優(yōu)勢。 我們的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)是企業(yè)級(jí)云平臺(tái)，利用自動(dòng)擴(kuò)展技術(shù)提供所有u-blox服務(wù)。直觀易用的界面構(gòu)成自助式環(huán)境，賦予用戶充分的自主權(quán)，方便用戶管理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備群、計(jì)費(fèi)、監(jiān)控事件，并通過API全面掌控功能。

就目前而言，事實(shí)已證明該平臺(tái)可為數(shù)十億條消息提供支持。除了傳統(tǒng)訂閱式方法之外，我們還提供靈活的“即付即用”服務(wù)方案，可滿足各種客戶、使用場景和應(yīng)用的需求。Thingstream消除了復(fù)雜性，成就無摩擦的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，其用戶參與度更高，能夠大幅度縮短上市時(shí)間。

SPARTN數(shù)據(jù)格式有效降低傳輸成本

現(xiàn)代定位系統(tǒng)需要結(jié)合低帶寬、高精度、高可用性、高可靠性，并確保服務(wù)提供商與終端用戶之間的通信完整性。SPARTN格式是一種由行業(yè)推動(dòng)的消息傳遞標(biāo)準(zhǔn)，旨在滿足這些要求。SPARTN將狀態(tài)表示的優(yōu)勢與現(xiàn)代化通信協(xié)議基礎(chǔ)相結(jié)合，形成了帶寬優(yōu)化型解決方案，為終端用戶降低傳輸成本。

傳統(tǒng)解決方案要求為各端點(diǎn)分別實(shí)現(xiàn)雙向通信流，因此要占用的帶寬多、數(shù)據(jù)消耗量大，造成了可擴(kuò)展性方面的挑戰(zhàn)。PointPerfect通過單一通播流支持所有端點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，為大眾市場使用場景提供有力支持。

SPARTN是一種開放式協(xié)議，因此GNSS行業(yè)中的任何相關(guān)方都能基于此協(xié)議來設(shè)計(jì)產(chǎn)品或服務(wù)，無需額外申請(qǐng)?jiān)S可授權(quán)，也不需要支付任何費(fèi)用。

通過MQTT實(shí)現(xiàn)高效消息傳輸

相較于HTTP協(xié)議，高度可靠的輕量級(jí)MQTT協(xié)議通過單一連接傳輸大量消息時(shí)要更加高效。由于開銷更低、消息傳輸更簡單，傳輸數(shù)據(jù)量和傳輸成本都能降低。

MQTT協(xié)議具有可擴(kuò)展的特點(diǎn)：將消息通播到一百萬臺(tái)設(shè)備與發(fā)送到一臺(tái)設(shè)備一樣簡單。在GNSS校正數(shù)據(jù)的流式傳輸方面，使用NTRIP協(xié)議時(shí)需要集成專門或?qū)Ｓ械目蛻舳?，使用MQTT協(xié)議時(shí)則無此要求，因?yàn)樵S多通信產(chǎn)品均內(nèi)嵌MQTT客戶端。

05.結(jié)果：整個(gè)行業(yè)的模式轉(zhuǎn)變

諸如Screening Eagle之類的客戶，正在結(jié)合地球物理地下定位領(lǐng)域的先進(jìn)方法與價(jià)值導(dǎo)向型GNSS增強(qiáng)服務(wù)，這為地下測繪領(lǐng)域帶來了重大改變。

如今，業(yè)界能夠通過一種真正輕松易行的方式，實(shí)時(shí)生成地下3D地圖。在這個(gè)方面，勘測級(jí)地理定位發(fā)揮著重要作用。

該技術(shù)解決了種種痛點(diǎn)，提供了如下優(yōu)勢：

無需花費(fèi)時(shí)間規(guī)劃實(shí)地作業(yè);

能夠輕松實(shí)時(shí)解讀3D結(jié)果;

超高數(shù)據(jù)清晰度，精準(zhǔn)地理坐標(biāo)參照;

“一鍵”實(shí)現(xiàn)協(xié)作并交付CAD和GIS結(jié)果。

“我們可以自豪地說，GS8000系統(tǒng)改變了地下測繪方式，彌合了地球物理領(lǐng)域與地理空間領(lǐng)域之間的缺口。在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過程中，我們與u-blox的合作發(fā)揮了重要作用，我迫切期待見證這些發(fā)展未來會(huì)帶領(lǐng)我們走向何方。

——Gorka Santamaria

Screening Eagle高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理

進(jìn)一步了解PointPerfect GNSS增強(qiáng)服務(wù)，探索該服務(wù)能給您的高精度GNSS大眾市場應(yīng)用帶來怎樣的突破性變化。

1水平精度：使用兼容的接收機(jī)時(shí)，通常為3-6厘米。所有精度結(jié)果均基于：

a)無誤差GNSS觀測數(shù)據(jù);

b)接收完整、不間斷的校正數(shù)據(jù);

c)模糊度已解的定位結(jié)果。

審核編輯：湯梓紅