A utilização de GPS de alta precisão se torna essencial à medida que as aplicações se tornam mais complexas e tecnologicamente dependentes, como é o caso de equipamentos autônomos. Neste contexto, este trabalho visa implementar um NTRIP Caster, que, futuramente, poderá ser utilizado como uma base para correção de dados de localização na região de Ouro Preto. Os conceitos e etapas envolvidas nesse processo serão explicados a seguir.
Motivação
Os sistemas de navegação global por satélite (ou GNSS, do inglês Global Navigation Satellite System) permitiram um salto em serviços relacionados a localização, onde uma constelação de satélites em órbita fornece informações de posicionamento geográfico para receptores com precisão aproximada de 10 a 15 metros. Os sistemas GNSS mais conhecidos são o americano, GPS (Global Positioning System), o russo GLONASS e o europeu Galileo.
Apesar da precisão fornecida ser suficiente para vários tipos de aplicação existentes hoje, como navegação e rastreamento de dispositivos, ela não é boa o bastante para aplicações específicas, como a orientação de um carro autônomo em uma faixa de rolamento ou mesmo a execução de um furo de detonação em uma mina, com precisão necessária na ordem de centímetros. Para esses casos, em que a precisão é determinante para a segurança ou viabilidade da aplicação, foi desenvolvida uma técnica de correção diferencial conhecida como Differential Global Navigation Satellite System (DGNSS).
De forma resumida, o DGNSS utiliza informações de bases com alta precisão e que tem sua posição muito bem conhecida [1]. Dessa forma, essa base transmite para seus clientes informações de correção diferencial, ou seja, a diferença entre a posição recebida a partir do GNSS e sua posição real. Assim, clientes que estejam recebendo informações dos mesmos satélites que a base, podem usar a informação de correção para corrigir sua posição e obter precisão na ordem de centímetros, conforme exemplo na Figura 1.
Introdução
Figura 2: Princípio de funcionamento do DGNSS [2]
Tradicionalmente, a transmissão para os clientes, também conhecidos como rovers, ocorre por meio de links de rádio, o que limita muito a região de cobertura e também os tipos de dispositivos capazes de receber tais informações. Buscando tratar esses dois problemas, foi proposto o protocolo NTRIP (Network Transmission of RTCM via Internet Protocol), que permite a transmissão de dados de correção e outras informações de GNSS no formato RTCM [3] via rede. Assim, qualquer dispositivo com acesso a uma rede de dados que esteja em uma região coberta por uma base pode usar os dados recebidos para corrigir sua posição.
No Brasil, o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) mantém a RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS), composta por 98 estações que atuam como transmissores de dados de correção [4], por meio de componentes conhecidos como “casters”. Mais detalhes do NTRIP e de seus componentes, dentre eles o NTRIP-Caster, serão explicados na seção a seguir.
O protocolo NTRIP e o componente Caster
O protocolo NTRIP nasceu a partir de um estudo de viabilidade encomendado pela Agência Federal de Cartografia e Geodésia da Alemanha e realizado pela Universidade de Dortmund, que produziu, em 2002, o relatório descrito em [5]. A partir desse estudo, em 2004 ele foi transformado em padrão pelo comitê 104 da Radio Technical Commission for Maritime Services (RTCM), já que a primeira aplicação prática foi a de transmissão de mensagens RTCM [1].
O protocolo, que é aberto e não-proprietário, foi criado para atender algumas características e requisitos principais, que estão listados em seu padrão [6], e foram resumidos a seguir:
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Baseado em HTTP, o que simplifica a criação de clientes / servidores, além de permitir o tráfego em redes e internet de forma amigável aos firewalls;
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Capacidade de fornecer stream de dados para múltiplos usuários simultaneamente, usando a pilha TCP/IP;
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Não limita qual tipo de mensagem pode ser transmitida, podendo, portanto, transmitir diferentes tipos de mensagens de GNSS.
Assim, o protocolo se baseia nos elementos principais, mostrados na Figura 3 e explicados na sequência [6]:
Figura 3: Principais componentes do NTRIP [6]
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NtripSources: fontes (ou estações-base) que efetivamente geram o stream de dados de GNSS;
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NtripServers: transferem os dados de GNSS do NtripSource para o NtripCaster;
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NtripCaster: componente principal, que disponibiliza as informações de GNSS para serem consumidas por clientes (NtripClients) via Internet;
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NtripClients: clientes finais, que precisam de dados de correção ou outras informações de GNSS. Acessam informações de uma estação-base disponibilizadas por meio de um Caster.
Cabe lembrar que, apesar da arquitetura definir camadas e diferentes responsabilidades, o que facilita uma implementação distribuída, os elementos de software desenvolvidos podem acumular as funções. Por exemplo, o NtripServer e o NtripCaster podem ser um elemento único. É exatamente dessa forma que foi realizada a implementação que será apresentada nas seções a seguir.