Fachhochschule Mainz	Diplomarbeit	Hessisches Landesvermessungsamt
	Ntrip - Networked Transport of RTCM via Internet Protocol
	Ein neues Konzept zur Übertragung von
	Korrekturdaten unter SAPOS^®
	von

	Alexander Schneider		Mike Schöffel
	Curriculum Vitae		Curriculum Vitae

Fach:	Vermessung
Betreuer:	Prof. Dr.-Ing. Peter Hotzel
Partner:	Hessisches Landesvermessungsamt: Dezernat Geodätischer Raumbezug, Wiesbaden
Bearbeitungs-Zeitraum:	16. Februar bis 16. August 2004

Ausgangssituation/Problemstellung:
Um höheren Ansprüchen an die Genauigkeit einer Positionierung mittels GPS zu genügen, bedient man sich des Differentiellen bzw. des Präzisen Differentiellen GPS in Echtzeit. Für die Bereitstellung von Korrekturdaten stehen vernetzte Referenzstationen wie z.B. der Satellitenpositionierungsdienst der AdV (SAPOS^®) zur Verfügung. Das derzeit gängigste terrestrische Verfahren zur Übertragung von RTCM-Korrekturen, insbesondere in Verbindung mit dem Hochpräzisen-Echtzeit-Positionierungs-Service von SAPOS^®, ist GSM (Global System for Mobile Communication). Es hat unter anderem den großen Vorteil, dass es nahezu flächendeckend in ganz Deutschland verfügbar ist. Doch es stellt sich als relativ kostenintensiv auf Seiten des Korrekturdatendienst-Betreibers dar und ist mit gewissen Einschränkungen behaftet, z.B. was die Anzahl simultaner Zugriffe betrifft. Dies sind nur zwei der Argumente, die für die Entwicklung des neuen Verfahrens Ntrip sprechen. Ntrip (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) ist ein vom Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG, Frankfurt am Main) entwickeltes Verfahren zur Bereitstellung von GNSS-Korrekturdatenströmen über das Internet. Viele Vermessungsverwaltungen nutzen bereits heute diesen Kommunikationsweg für die Verbreitung der SAPOS^®-Echtzeitprodukte (HEPS, EPS) im Testbetrieb. Laut AdV-Beschluss ist die Einführung von Ntrip neben GSM als zweite SAPOS^®-Standard-Pflicht für das Jahr 2006 vorgesehen. Doch es stellt sich die Frage, ob das Ntrip-Verfahren in der Praxis gleichermaßen für hochgenaue Positionierungen geeignet ist wie die GSM-Technik. Diese Fragestellung galt es mit Hilfe der Ntrip-Realisierung im Bundesland Hessen, in Kooperation mit dem HLVA, zu klären.
Zielsetzung:
Die Zielsetzung dieser Diplomarbeit war es, die nutzerseitige Anwendung des Verfahrens Ntrip mit SAPOS^® unter praktischen Gesichtspunkten zu untersuchen und zu beurteilen. Gerade vor dem Hintergrund einer zukünftigen Einführung von Ntrip als SAPOS^®-Standard-Pflicht galt es, insbesondere die Vor- und Nachteile des Verfahrens im Vergleich zur konventionellen SAPOS^®-Übertragungsmethode GSM herauszuarbeiten. Dabei ging es zum einen um die Gegenüberstellung der Kommunikationsmedien GPRS (General Packet Radio System; mobile Internetverbindung) sowie GSM hinsichtlich Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit, zum anderen um die Auswirkungen der neuen Kommunikationsmethode auf die präzise Positionierung bezüglich der Koordinatenqualität und Genauigkeit. Ferner sollte die Anwendung von Ntrip mit GPS-Empfängern unterschiedlicher Hersteller getestet werden. Noch nicht alle Hersteller haben auf die Präsenz des neuen Verfahrens Ntrip reagiert, wodurch unterschiedliche hard- und softwaretechnische Voraussetzungen für die Verwendung von Ntrip existieren. Folglich standen hier Aspekte der Handhabung und des praktischen Nutzens im Vordergrund der Analyse. Zur Umsetzung der genannten Aufgaben waren umfangreiche simultane Messreihen mit Ntrip und GSM nötig. Diese erfolgten an unterschiedlichen Wochentagen jeweils über eine Zeitdauer von 24 Stunden.
Ergebnisse:
Nachfolgend sind die durch unsere Messkampagnen erzielten Ergebnisse bezüglich der verschiedenen Beurteilungskriterien zusammengefasst: Hinsichtlich der benötigten Zeit zum Verbindungsaufbau hat GSM leichte Vorteile gegenüber GPRS, da die Einwahl etwas schneller funktioniert. Dennoch ist der Unterschied nicht so groß, als dass man von einem gravierenden Nachteil für GPRS sprechen könnte. Im Allgemeinen liegt der Vorteil von GPRS in der größeren Bandbreite. Somit können jegliche Arten von Korrekturdaten schnell transportiert werden, auch solche mit größerem Datenvolumen. GSM ist mit seiner Bandbreite von 9,6 kBit/s bei der Übertragung von RTK-Korrekturen bereits relativ stark ausgelastet. Des Weiteren erwies sich GSM in unseren Tests als die kostenintensivere Variante, sofern man sich auf die reinen Kommunikationskosten bezieht. Dieser Eindruck wird sich noch verstärken, wenn künftig die neue RTCM-Version 3.0 zum Standard avancieren wird, die weniger als die Hälfte an Datenmenge benötigt und somit noch günstiger für die volumenbasierte GPRS-Variante ist. Es ist auch vorstellbar, dass anstelle von GPRS zukünftig auch die bereits heute verfügbare dritte Mobilfunkgeneration UMTS eingesetzt wird. Bei den Initialisierungszeiten (TTFA) sind zwar leichte Vorteile für das Ntrip-Verfahren zu verzeichnen, jedoch zeigt sich hier eine etwas höhere Ausfallquote als bei GSM. Dies hängt hauptsächlich mit Problemen in der NtripCaster-NtripClient-Kommunikation zusammen. Auch die während den Messungen auftretenden Störungen, wie z.B. Referenzdatenverluste, waren beim Ntrip-Einsatz in der Überzahl. Auch wenn diese Störungen nicht immer das Messergebnis negativ beeinflussten, kann an der Zuverlässigkeit von Ntrip noch ein wenig gearbeitet werden. In der Positionierungsgenauigkeit äußert sich die Gleichwertigkeit von GSM und Nrtip am stärksten. Sowohl die registrierten Koordinatenqualitäten, als auch die berechneten Standardabweichungen der Punktbestimmung, gleichen sich fast perfekt. Der Vergleich endet in dieser Hinsicht also unentschieden. Generell kann man mit den erreichten Genauigkeiten der GPS-Beobachtungen zufrieden sein, zumindest was die Lage betrifft. In der Höhenkomponente wäre eine Genauigkeitssteigerung durchaus wünschenswert, wenn auch wahrscheinlich schwer realisierbar. Was den Einsatz von Ntrip in der Praxis angeht bleibt abzuwarten, ob sich die neue Technik gegenüber dem etablierten GSM durchsetzen kann. Ein erster Schritt in diese Richtung ist die (bei Trimble) bereits vorhandene, aber auch zukünftige Implementation einer entsprechenden Client-Software in den GNSS-Empfängern. Die meisten GNSS-Empfänger weisen momentan noch keine interne Ntrip-Funktionalität auf, sodass die Anwender dieser Systeme auf externe Zusatzgeräte angewiesen sind (z.B. PDA und GPRS-Modem). Dies könnte ein möglicher Grund für die Zurückhaltung gegenüber Ntrip seitens derzeitiger SAPOS^®-Kunden sein, da sie zusätzliche Investitionen in weitere Hardware tätigen müssten. Gegenwärtig sind, weder Anwender noch Hersteller, auf eine primäre Nutzung von Ntrip vorbereitet. Es ist allerdings zu erwarten, dass bald alle Hersteller von GNSS-Systemen auf die Präsenz von Ntrip reagieren und entsprechende Funktionalitäten anbieten werden. Um bereits heute eine Hilfestellung bei der Nutzung von Ntrip geben zu können, wurden im Rahmen der Diplomarbeit Bedienungsanleitungen für die entsprechende Konfiguration der Empfängersysteme Leica SR530, GX1230 und Trimble 5700 erstellt.
©2004 Alexander Schneider und Mike Schöffel