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@taroz

簡単に作れる一周波RTK-GNSSの基準局+移動局

Last updated at Posted at 2019-01-09

TouchRTKStation

  • TouchRTKStaionのGithubリポジトリはこちら
  • トランジスタ技術（2019年2月号）の記事はこちら

概要

  • 一周波GNSSアンテナ・受信機 + RTKLIB + RaspberryPi + タッチスクリーン + ケース + GUI

機能

  • 基準局（Base）
    • GNSS RawデータをUSBメモリに保存
    • TCP Server, Ntrip Server, Ntrip Casterで観測データを配信
    • ZigBeeなどの無線モジュールにも対応
  • 移動局（Rover）
    • GNSS Rawデータ，測位結果をUSBメモリに保存
    • 単独測位，Kinematic RTK-GNSS，Static RTK-GNSSに対応

特徴

  • GNSSのライブラリとして RTKLIB を使用
  • TouchRTKStationは RTKLIB_Touchscreen_GUI にインスパイアされたものです．
  • RTKLIB_Touchscreen_GUI と大きく異なる点は，
    • RTKLIBのAPP（rtkrcv，str2str）をそのまま呼び出して使用しているため，RTKLIBのアップデートをそのまま利用できる
    • PyQTを利用したPythonで書かれた単一のプログラムのため，拡張が容易
    • より小型 (5インチ (RTKLIB_Touchscreen_GUI) -> 4インチ (TouchRTKStation))

用意するもの

  • 工具類
    • はんだごて
    • ニッパー
    • ドライバー

  • 部品類

    • ケース: 3Dプリンタで出力 (STLデータはこちら)
      • 次のshopに出品しているので，下記から直接購入することもできます
    • GNSS受信機: u-blox M8T CSG shopがおすすめ, mini-USBコネクタ
    • mini-USBケーブル: L字ショートケーブルがおすすめ 例：Amazon
    • GNSSアンテナ: Tallysman TW3710/TW3740 (GPS+GLO+BDS L1) あたりがおすすめDigi-Key(TW3710) または Digi-Key(TW3740)
    • Raspberry Pi 3: RSコンポーネンツなど
    • micro SDカード: Raspberry Pi用，16GB程度
    • TNC(P)-SMA(J)変換コネクタ: Amazonなど
    • SMA(P)-SMA(P)同軸ケーブル: ショートケーブル Amazon など
    • 4inchディスプレイ: Waveshare 4inch_RPi_LCD Waveshareなど
    • DC-DCコンバータモジュール: Starawberry Linux LT8697 Strawberry Linux
    • micro-USBケーブル: L字ショートケーブル Amazonなど
    • バッテリーホルダー: Lilliput Battery Plate for Sony Battery F-970 Amazonなど
    • バッテリー: Sony NP-F550/F570(2900mAh) または NP-F750/F770(5000mAh)互換バッテリー Amazonなど
    • 5/8インチナット: ポール取り付け用 MonotaROなど
    • グランドプレーン: 10cm程度の金属板
    • その他: 熱収縮チューブ，はんだ，など

  • ソフトウェア

セットアップ

Raspbianのインストール (PC上での作業)

  1. RaspbianのImageをダウンロード
  2. SD Card FormatterなどでSDカードをフォーマット
  3. Win32Diskimagerなどで*.imgをmicro SDカードに書き込む

TouchRTKStationのインストール

  • TouchRTKStationのインストールには，Raspberry Pi3上でRaspbianを実行できるようにしておく必要がある
  • Raspbian上で作業するためにHDMIケーブルでモニターとRaspberry Pi3を接続し，下記の手順でタッチスクリーンのドライバとTouchRTKStationをインストールをする
  1. HDMIケーブルを用いてRaspberry Pi3とモニターをつなぐ．4インチディスプレイも接続しておく．
  2. Raspberry Pi3を起動
  3. ネットワークの設定　(省略)

  4. TouchRTKStationのダウンロード

    $ cd /home/pi/
$ git clone https://github.com/taroz/TouchRTKStation.git

  5. 設定用シェルスクリプトInstall.sh実行

    $ cd /home/pi/TouchRTKStation/install
$ sudo sh Install.sh

  6. Install.sh実行後、自動で再起動される

  7. 4インチディスプレイに画面が出力されるようになる．HDMI出力に戻すには

    $ cd LCD-show
$ ./LCD-hdmi

  8. TouchRTKStationの動作確認

    $ sudo python3 /home/pi/TouchRTKStation/TouchRTKStation.py

  9. 動作確認したらTouchRTKStationを終了する

  10. （全画面表示になっているためCtrl+Alt+Dでデスクトップ表示，またはAlt+F4で終了）

  11. TouchRTKStation自動起動設定用シェルスクリプトAutostart.sh実行

    $ cd /home/pi/TouchRTKStation/install
$ sudo sh Autostart.sh

  12. 自動で再起動される

  13. TouchRTKStation.py自動起動

組み立て手順

  1. DC-DCコンバータの作成
  2. 説明書に従いはんだ付けを行う．説明書ではケーブル保証抵抗が実装されているが，今回用いるケーブルは十分短いため必ずしも実装する必要ない．DC-DCコンバータ，受信機などはショートしないように固定するか，熱収縮チューブなどで絶縁したほうが良い

  3. バッテリーマウントの改造

    • 四方のねじを外しカバーを開ける．
    • ケーブルを切断，基盤を外して電源ケーブルをはんだ付けする．
    • カバーを戻す.

  4. 全体の組み立て

    • ポール取り付け用の5/8インチナットをケースにはめ込む
    • バッテリーマウントをケースに装着し，DC-DCコンバータを接続する．
    • Raspberry PiにmicroSDカードを差し込む
    • Raspberry Piをケースにねじ止めする．
    • Tallysmanアンテナを組み立てる.
    • ケーブルをつなぐ.
    • LCDを取り付け，アンテナをはめ込む．

使い方

事前準備

  • USBメモリをRaspberryPiのUSBポートに挿入．実行時にUSBメモリにGNSS Rawデータ(.ubx)が保存される．Roverモードの場合には，加えて測位結果(.posファイル)が保存される．USBメモリがない場合には，RaspberryPi内のhomeディレクトリに保存される．
  • RoverモードでRTKをする場合またはBaseモードで補正データを配信する場合には無線LAN，またはUSBドングルなどでネットワークに接続する，またはZigBeeなどのシリアルポートとして認識されるUSB無線通信モジュールを接続する．

Rover（移動局）

  1. Single(単独測位)，RTK(Static)，RTK(Kinematic)のどれかを選択
  2. Configを押す．Inputタブは基本的にはDefaultのまま．Solution/Logタブで保存先を指定．デフォルトはUSBメモリ．
  3. RTKの場合は，Correctionタブで補正データのストリームを設定．さらに，基準局のBasePosタブで基準局の座標を入力．
  4. Startで移動局モード開始．測位結果が表示される（エフェメリスのデコードが必要なため30秒程度待つ必要がある）．
  5. Stopで終了．Rawデータ，Posデータが保存されている．

Base (基準局)

  1. Baseタブを選択
  2. Configを押す．Inputタブは基本的にはDefaultのまま．Logタブで保存先を指定．デフォルトはUSBメモリ．
  3. 補正データを配信する場合Outputタブで補正データのストリームを設定（要ネットワーク接続）．Zigbeeなどを利用する場合には，Output2タブでシリアルポートを設定する．RTCM形式で配信する場合には，BasePosタブで基準局の座標を入力．
  4. Startで基準局モード開始．GNSSデータの配信/保存が始まる．
  5. Stopで終了（数秒待つ）．Rawデータが保存されている．

各種設定の変更の仕方

Config画面のデフォルト値の変更
TouchRTKStation.pyのL26~L97を直接編集してください．

# ublox command file for Base/Rover mode
ubxcmd = dirtrs+'/conf/ubx_m8t_bds_raw_1hz.cmd'

# Default Base position configuration
basepos_type = (['LLH','RTCM']) # for Rover
basepos_itype = 1 # for Rover
basepos_lat = '35.0'
basepos_lon = '139.0'
basepos_hgt = '50.0'

# Default Input stream configration
input_iport= 2         # ttyACM0
input_ibitrate = 9     # 115200 bps
input_ibytesize = 1    # 8 bit
input_iparity = 0      # None
input_istopbits = 0    # 1 bit
input_iflowcontrol = 0 # None

# Default Correction stream configration
corr_flag = False
corr_type = (['NTRIP Client','TCP Client'])
corr_itype = 0
corr_format = (['RTCM2','RTCM3','BINEX','UBX'])
corr_iformat = 1
corr_user = 'user'
corr_addr = 'test.net'
corr_port = '2101'
corr_pw = 'password'
corr_mp = 'RTCM'

# Default Correction(Serial) stream configration
corr2_flag = False
corr2_format = (['RTCM2','RTCM3','BINEX','UBX'])
corr2_iformat = 3
corr2_iport= 4         # ttyUSB0
corr2_ibitrate = 9     # 115200 bps
corr2_ibytesize = 1    # 8 bit
corr2_iparity = 0      # None
corr2_istopbits = 0    # 1 bit
corr2_iflowcontrol = 0 # None

# Default Log/Solution stream configration
log_flag = True
sol_flag = True
dir = glob.glob('/media/*/*/') # Find USB memory
if len(dir)==0:
    dir = [dirtrs+'/']
sol_filename = dir[0]+'%Y-%m%d-%h%M%S.pos'
log_filename = dir[0]+'%Y-%m%d-%h%M%S.ubx'

# Default Output stream configration
output_flag = False
output_type=(['TCP Server','NTRIP Server','NTRIP Caster'])
output_itype = 0    # TCP Server
output_format = (['UBX','RTCM3'])
output_iformat = 0  # UBX
output_user = 'user'
output_addr = 'test.net'
output_port = '2101'
output_pw = 'password'
output_mp = 'TRS'

# Default Output(Serial) stream configration
output2_flag = False
output2_format = (['UBX','RTCM3'])
output2_iformat = 0      # UBX
output2_iport= 4         # ttyUSB0
output2_ibitrate = 9     # 115200 bps
output2_ibytesize = 1    # 8 bit
output2_iparity = 0      # None
output2_istopbits = 0    # 1 bit
output2_iflowcontrol = 0 # None

Roverの測位に関するパラメータの変更
RTKLIBの.confファイルを直接編集して下さい．
confファイルは下記のディレクトリに入っています．

$ cd /home/pi/TouchRTKStation/conf/
  • 単独測位: /home/pi/TouchRTKStation/conf/single.conf
  • RTK測位(Kinematic): /home/pi/TouchRTKStation/conf/kinematic.conf
  • RTK測位(Static): /home/pi/TouchRTKStation/conf/static.conf
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