Increases GPS Accuracy with RTKLib & Raspberry PI ตอนที่ 2

ตัวอย่างการวิจัยพัฒนาของทีมพัฒนา robot ของเยอรมันนี โดยสรุปคุณ Ingmar Stapel เขาพัฒนาหุ่นยนต์สำรวจกู้ระเบิด ที่ต้องการระบบ navigation ที่มีความละเอียดระดับ เซนติเมตร เขาเลยได้นำเอาตัว GPS ของ RasPiGNSS Aldebaran ที่รองรับการทำงานโหมด RTK GNSS มาใช้ใน robot ของเขาที่พัฒนาบน Raspberry PI

ซึ่งตัวระบบ และการทดสอบได้เผยแพร่ไว้ในบทความ น่าสนใจมากผมเลยนำมาสรุปให้ฟัง แต่ออกตัวไว้ก่อนว่า บทความเขียนเป็นภาษาเยอรมัน ทำให้ผมต้องใช้ Google translate ช่วยแปล บางศัพท์ที่ สงสับก็ถาม เพื่อนชาวเยอรมัน ดังนั้นถ้า อะไรตกหล่นไปต้องขออภัยไว้ก่อน มาเริ่มต้นกันเลย

เพื่อง่ายต่อการอธิบายผมขอ แบ่งส่วนของระบบ เป็น 2 ส่วนหลัก นั้นคือตัว Base Station และตัว Rover

1. Base Station
– ตัว Base Station คือตัวฐานที่รับสัญญาณ GPS และใช้คำนวณค่าแก้ เพื่อส่งแบบ real time ให้กับตัว rover ในการพัฒนานี้ นักวิจัยเลือกใช้ RasPiGNSS เป็นโมดูลขยายทำงานบน Raspberry PI 2 B ตัว GPS ส่งสัญญาณ RTCM3 stream ผ่านคลื่นวิทยุ radio ที่ใช้ Xbee Pro Radio 2GHZ ไปยังตัว rover ซึ่งติดตั้งบน mobile robot
โดย Base ติดตั้งบน อาคารสูง ใช้กล่องกันน้ำเป็นเคส วางที่โล่ง เพื่อรับสัญญาณจากดาวเทียม GNSS ซึ่งใช้ antenna รุ่น TW2410

ตัวชิป GPS NV08C บนตัวบอร์ดขยาย RasPiGNSS Aldebaran ติดตั้งบน Raspberry PI

ตัว XBee Pro สำหรับส่งค่าปรับแก้ จาก Base บนสัญญาณคลื่นวิทยุ

กล่องพลาสติกกันน้ำ ใช้ทำเคส สำหรับ GPS Base station เจาะรูให้ต่อเสาอากาศ วิทยุ และสายต่อไปยัง antenna สำหรับรับสัญญาณ GPS

– การประมวลผลของ GPS RTK ในระบบนี้ใช้ RTK Lib เป็นตัวหลัก โดย RasPiGNSS Aldebaran รองรับการทำงานกับ RTK Lib อยู่แล้ว สามารถทำงานบน RTCM Protocol ได้
– ผู้พัฒนา ใช้ Raspbian OS ขั้นตอนการทำระบบตรงนี้ เป็นการนำ code ของ RTKLib มา compile ลงบน Raspbian OS (ถ้าใครใช้ RTKlib อยู่แล้วก็ไม่ยากเหมือนลงใน linux)
– การ setup ตัวสำคัญคือ RTKRCV ที่ใช้ในการประมวลผลเพื่อปรับแก้ และใช้ในการส่งค่าแก้ไปยัง ตัว rover ซึ่งต้องให้มั่นใจว่า lib นี้ทำงานได้ และทดสอบการเชื่อมต่อกับ RasPiGNSS โดยให้รับข้อมูลจากดาวเทียม GNSS

– การประมวลผลใช้ผ่าน CLI โหมด สิ่งต้องทำต่อมาคือ config กรอกรายละเอียดของ Base station และเสา antenna ตรงนี้ถ้าใช้ rtklib เป็นก็ไม่ยาก ตั้งค่าในไฟล์ base.conf ได้เลย เช่นเดียวกันก็ config ตัว rover การเชื่อมต่อและรายละเอียดอื่นๆ ลองเข้าไปดูในภาพในเว็บได้
– โปรเจคนี้ ผู้พัฒนาเขาทดลองการส่งค่าแก้ด้วย WIFI เหมือนกัน โดยระยะไม่ไกลมาก WIFI สามารถทำงานได้ ส่งค่าปรับค่าได้ทัน realtime

– อีกคำแนะนำ คือ ทดสอบการส่งค่า โดยให้ลง RTKLIB บนเครื่อง notebook เพื่อทดสอบคุณภาพสัญญาณ และคุณภาพของดาวเทียม โดยดู RTKPLOT

2. Rover หรือ Mobile Unit
ส่วนนี้คือตัว รับ ที่ติดกับหุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ ซึ่งผู้วิจัย พัฒนา GPS Rover สำหรับรับค่าจากดาวเทียม GNSS และค่าปรับแก้จาก Base Station เพื่อทำการหาพิกัดตำแหน่งแบบ RTK
– โดยเจ้า Rover ก็เป็นอุปกรณ์โมเดลเดียวกับ Base Station เลยครับ ใช้ชิป RasPiGNSS กับ Raspberry PI มีตัวรับสัญญาณ antenna และมี Xbee Radio เพื่อรับค่าปรับแก้จาก Base station

– ตัว Rover ก็ใช้ Raspbian OS จากนั้นติดตั้ง RTKLIB ลงไปเช่นเดียวกับ Base Station ใช้ RTKRCV ในการทำงานร่วมกันในโหมด RTK ซึ่งตรงนี้ต้องกำหนดค่ารายละเอียดของ GPS และ ตัวเสารับสัญญาณลงไปใน PPP.conf หรือตัว config ของ rover และ จำเป็นต้องตรวจสอบการเชื่อมต่อสัญญาณจาก Base station ให้ดี

Data ที่ได้จากการปรับแก้จาก RTKLIB

ในการวิจัยนี้ ผู้ทดลองได้ลองใช้ WIFI โดยใช้ผ่าน Xbee Pro WIFI ซึ่ง RTKLib รองรับการทำงานส่งค่าผ่าน WIFI เช่นกัน

สุดท้าย ทดสอบการทำงาน การทำงานการวัดพิกัดเหมือนกับงาน RTK ทั่วไปนะครับ ต้องมีความรู้พอควร การวาง Baseline การ Initial GPS Base station สำคัญคือ ต้องหมั่นติดตาม คุณภาพของสัญญาณดาวเทียม GNSS , จำนวนดาวเทียมที่รับค่า รวมถึง สัญญาณวิทยุ จาก Base Station ไป Rover ด้วย โดยปกติระยะทำงาน RTK อยู่ราวๆ 5-10 km.