改编自Stacey Hartmann的《History of RTK》@ The American Surveyor

近年来,自动驾驶技术的迅猛发展正在改变我们的生活,而你知道3D技术和厘米级RTK对自动驾驶的革命性作用么?请跟着我们把历史的书页翻到30年前去看看吧!

在20世纪90年代初,私营企业开始在RTK发展突破的基础上进行硬件和软件的改进,使其能够在海洋、测量、采矿和建筑等方面进行广泛的商业应用。

1993年夏天,美国陆军工程兵团 (USACE) 根据与Photo Science公司(现为 Fugro EarthData)的合作研发协议,在航测飞机上使用RTK系统,以减少或取代航测制图的地面控制站。美国国家海洋和大气协会 (NOAA) 是这项工作的主要合作伙伴,并使用了 Ashtech on-the-fly (OTF) 处理软件。

同样在1993年,USACE与卡特彼勒 (Caterpillar) 公司签署了一项合作开发协议,将OTF-RTK安装在他们的设备上。当时卡特彼勒公司正在开发计算机辅助土方运输系统。同年晚些时候,卡特彼勒和USACE对原型机进行了测试,Jeffrey Walker在《工程车辆导航和自动化》一书中描述了这次测试。1994年,卡特彼勒与Trimble达成了相关生产开发协议。

与此同时,RTK的商业化发展也如雨后春笋般突起,Trimble, Ashtech, Leica和其他公司创造了专注于外形和工艺改进的产品。这些来自军队、学术界、科学界和私营企业的RTK先驱们已经看到了一个数十亿美元的产业正在地平线上冉冉升起。正是他们顽强坚持,才诞生了今天无数以定位为中心的应用程序的工具。

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Trimble发布第一款RTK商业产品

1990年,Trimble成为第一家上市的GPS公司,致力于开发使用GPS的产品。Trimble分两个阶段开发RTK测量产品,使客户能够在OTF商业化应用前,可以先开始使用GPS产品。

1993年,Trimble发布了其第一个商业RTK产品,称为Site Surveyor系统。系统需要使用已知基线或初始化板进行静态初始化。硬件是背包式的,需要单独的无线电数据连接,并且体积庞大。即便如此,测量人员还是很快发现了它的优势——在外业现场就可以获得结果,而无需在办公室对数据进行后处理。

对该项技术的早期兴趣来自采矿和林业。1993年2月,Trimble的总经理兼公司早期的RTK开发领导者之一Mark Nichols向两个客户展示了RTK系统。一位是美国林务局的Carl Sumpter。另一位是卡特矿业公司的的Jim Long。“我们在矿坑里为他演示了RTK GPS,”Nichols说,“他是第一个购买它的客户。”

1993年,美国林务局的Carl Sumpter在怀俄明州为地籍测量测试RTK, Nichols在后面进行演示。

资料来源:Mark Nichols。

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OTF 解开束缚

Trimble在竞争中领先了大约两年,并在1993年后期增加了OTF能力和内部测试。

1994年3月,在澳大利亚墨尔本举行的国际测量师联合会 (FIG) 会议上,Trimble发布了第一款具有OTF功能的商用RTK接收机,专利中描述为“用于实时动态测量和控制的厘米级精确全球定位系统接收机”。该系统采用了双频天线,它可以在没有用于静态测量的16英寸接地平面的情况下运行,减少了多路径。

Nichols说:“大多数使用已知点初始化的RTK系统的用户,都将他们的接收机升级到了双频和RTK-OTF功能,因为它大大提升了生产力。”

Trimble的第一款具有OTF功能的RTK接收机。

资料来源:Trimble

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人体工程学和集成改进了外业操作

在RTK技术进步的同时,Trimble电气和机械工程师将RTK硬件小型化,更好集成系统组件,并添加了用于跟踪GNSS信号的定制集成电路设备。他们还降低了功耗,因此可以在外业中使用更轻的电池。

Nichols说:“关键的改进是将GNSS接收机和天线、接收校正的无线电和电池放在一个包中,除了连接数据收集器的电缆外,其他的都省去了。这大大提高了系统的可用性。”

Trimble 4800提供了首款“智能天线”RTK系统,其中GPS、无线电和天线集成在一个单元中,电池在对中杆中,不需要背包。资料来源:Trimble

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改进打开应用程序的延迟和更新速率

早期的Trimble RTK产品的定位更新率为1赫兹,延迟为1-2秒。缓慢的更新速率和较高的延迟使得定位坐标的导航迭代。Trimble很快意识到可以通过提高位置更新率和减少延迟来增强用户体验,这在未来几年为机器控制和机器人技术开辟了大量新应用。

Trimble 4800汇集了许多硬件和软件方面的努力。由于所有流动站组件都安装在对中杆上,该系统比早期的背包式产品提供了更符合人体工程学的配置,并成为了所有制造商未来的测量流动站的外形参照物。此外,解决方案延迟只有几分之一秒,更新速率为5赫兹,系统可以在距离参考站15公里的范围内运行。

Nick Talbot是Trimble GNSS算法组的研究员和高级软件工程师,他说:“4800真的非常流畅,它是一次巨大的飞跃。”

Trimble 4800在美国史密森尼博物馆的时间和导航展区展出。资料来源:Trimble