Base Centipède RTK
Présentation
La Base RTK est un élément important d’un système RTK. Composée d’une antenne, d’une puce RTK et d’un mini-ordinateur, elle diffuse des informations de corrections au caster Centipède via Internet et permet ainsi aux rovers qui s’y connectent de se géolocaliser avec une précision centimétrique.
Caractéristiques générales
Système
- Coût : ~500€
- Alimentation électrique sur secteur
- Connecté au caster Centipède par wifi ou ethernet
Tutoriel
- Difficulté :
- Temps : 1/2 journée
Matériel requis
- Un smartphone ou une box wifi pour générer un réseau Wifi
- Un PC avec les droits administrateur
- Un tournevis cruciforme
Introduction
1. La géolocalisation
La technologie de géolocalisation classique (GPS, Galileo, etc.) permet à chacun de se positionner sur terre via des satellites, sans abonnement ! La précision est d’une 10aine de mètre : en effet, les ondes issues des satellites en orbite autour de la terre traversent plus de 20 000km et sont parfois déviées. La moindre déviation entraîne une erreur de position…
2. Le RTK
Le RTK est une technologie de géolocalisation permettant d’obtenir une précision centimétrique. Le RTK nécessite une base fixe dont la position très exacte est connue, et qui permet de calculer l’erreur de position en temps réel (« en ce moment, les satellites me positionnent 1 mètre trop à droite de là où je suis réellement »). Cette base renvoie cette information sur internet (sur un caster). A partir de là, n’importe quel objet (appelé rover) peut se connecter au caster pour récupérer l’information et appliquer un correctif ! Plus on est proche d’une base, plus la précision est bonne : on perd 1cm tous les 10km de la base. A noter que la base et le rover doivent avoir accès à internet.
3. Centipede RTK
L’accès au caster est parfois coûteux : certains services proposent un réseau de bases sur tout le territoire, ce qui entraîne des coûts de maintenance. Le projet Centipède RTK est un projet de l’INRAE qui permet à n’importe qui d’installer sa propre base RTK sur son toit, et de diffuser gratuitement les données de correction sur un caster. La couverture est observable sur ce site : elle est quasi-nationale. Tous ceux qui sont à proximité d’une base peuvent alors bénéficier du RTK !
Etapes du tutoriel
Ce tutoriel est découpé en plusieurs étapes :
- Achats des composants
- Paramétrage de la puce F9P
- Préparation de la carte SD du Raspberry
- Assemblage des composants
- Paramétrer RTK base
- Installation de la Base
- Calculer le positionnement de la base
- Déclarer la base sur le réseau
1. Achat des composants
La liste des composants est proposée sur le site officiel ou un revendeur français (fiable, plus cher) et l’équivalent sur le Site AliExpress (moins fiable, moins cher). Si vous décidez d’acheter sur AliExpress, nous vous recommandons de lire notre article sur les achats au préalable.
Le système est constitué de :
- Un Module F9P : Drotek (203.88 – réduction de 5% avec le code CENTIPEDERTK)
- Une antenne DA910 : Drotek (119.88€)
- Un boitier étanche : MhzShop (25.8€)
- Un cable d’antenne 3m (SMA Mâle – TNC Mâle) : MhzShop (23.52€)
- Un cable RJ45 2m : MhzShop (3.26€)
- Un kit Raspberry 3B+ (alimentation électrique et raspberry) : Gotronic (83.90€)
- Une carte SD 32 Go : RSComponents (27.5€)
- Un câble USB-USB micro DATA : AZ-Delivery (5.99€).
- Un support imprimé en 3D, ce fichier est adapté au montage de ce tutoriel.
- Des vis de fixation pour la carte F9P et le Raspberry chez CergyVis. Faites vos fonds de tiroirs, vous devriez bien trouver des petites vis (ici c’est du 2,5mm x 6 mm)
Une fois tous le matériel à disposition, on attaque le vif du sujet.
2. Paramétrage de la puce F9P
Le F9P, c’est cette carte noire et métallique qui permet d’obtenir une précision centimétrique. Elle est livrée avec des paramètres de sortie d’usine, il est donc nécessaire de la mettre à jour avant de commencer.
Etape 1 : On télécharge le logiciel u-center, disponible ICI. Une fois téléchargé, dézippez le fichier, puis lancez-le : suivez toutes les étapes pour l’installer.
Téléchargez le fichier de mise à jour nommé firmware.bin, disponible ICI. La encore, il faudra dézipper le fichier.
Enfin, on ouvre le logiciel U-center. Une fenêtre s’ouvre. Ce logiciel est très complet pour interagir avec la carte F9P et faire pleins de paramétrage fins. Nous on va s’en servir simplement pour mettre la carte à jour et lui envoyer quelques configuration
Etape 2 : On connecte la carte F9P à l’ordinateur via le câble micro-USB (normalement, on entend un bruit de connexion).
Dans U-blox, on clique sur le bouton de connexion en haut à gauche (cf image ci-contre), puis on choisit COM-X (X étant un chiffre).
Le récépteur est bien connecté si l’icône tout en bas clignote, à côté de COM-X
Etape 3 : On met à jour la carte ! En effet elle sort d’usine avec un Firmware (logiciel contenu dans une puce) qui ne nous convient pas.
- Cliquer sur Tools > Firmware update
- Choisir le fichier firmware.bin précédemment téléchargé dans Firmware image
- Cocher Use this baudrate for update et choisir 9600 (c’est la vitesse à laquelle on va communiquer avec la carte, 9600 bits/sec.)
- Décocher les 4 autres cases ( Enter safeboot, …)
Cliquer sur GO (en bas à gauche de la fenêtre). La fenêtre peut s’agrandir si vous ne voyez pas tout. La procédure doit durer 5min et se terminer par « Firmware Update Utility Complete ».
Etape 3.bis : Il se peut que l’opération précédente a échoué, avec un bug n° (pour le voir, il faut agrandir la fenêtre). Dans ce cas, il faut télécharger le fichier ftd2xx, le dézipper, et le coller dans le dossier d’emplacement de u-center (normalement C://Programmes (x86)/u-blox/u-center)
Si vous n’avez pas tous les droits d’administrateur sur votre ordinateur, un autre bug peut arriver. Dans ce cas, il vous est conseiller de coller le fichier firmware.bin dans le dossier d’emplacemenent de U-Center. (normalement C://Programmes (x86)/u-blox/u-center)
Etape 4 : La carte est flashée si le « Firmware Update Utility completed succesfully » apparait, comme le montre l’image ci-contre
3. Préparation de la carte SD du Raspberry
On va maintenant s’attaquer au Raspberry sur lequel va tourner un logiciel nommé RTKBase. Ce logiciel récupère les informations de la F9P et les transmets au caster Centipède. Pour que la Raspberry utilise RTKBase, on va “flasher une image” du système d’exploitation avec RTKBase installé dessus sur la carte SD via un petit logiciel nommé Raspberry Pi imager.
Pour cette étape et la suivante, vous aurez besoin d’avoir un réseau wifi sur lequel vous connecterez à la fois votre PC et le raspberry. Un réseau domestique (type freebox) ou bien un partage de connexion sont idéaux. Cela est nécessaire uniquement pour se connecter au raspberry en SSH. Ensuite lorsque la base sera terminée elle communiquera directement via Ethernet. Ce sera encore plus simple sur un réseau où il y a peu d’appareils connectés.
Etape 1 : Téléchargez Raspberry Pi Imager sur votre PC disponible ici. Et lancez l’installation du logiciel
Etape 2 : Téléchargez l’image à flasher sur le raspberry ici. Le téléchargement peut être long car le fichier est volumineux. Ensuite dézippez le fichier, vous devriez avoir un fichier qui se termine par .img
Etape 3 : Insérez la carte SD de 32 Go (Celle acheté chez RS Componants et pas celle fournie dans le kit raspberry) dans le lecteur de carte SD de votre PC. Puis lancez Raspberry Pi imager (il s’est peut-être déjà lancé à l’issue du téléchargement). Puis :
- Dans le Modèle de Raspberry laissez le en No Filtering
- Dans le Stockage trouvez votre carte SD et sélectionnez la
Etape 4 : Choisissez le Système d’exploitation en sélectionnant l’option Use custom. Puis trouvez et sélectionnez l’image (.img) qui devrait être dans vos téléchargements. Puis cliquez sur Suivant.
Etape 5 : La fenêtre ci-contre s’ouvre. Cliquez sur Modifier les réglages
Etape 6 : La fenêtre ci-contre s’ouvre. Dans Général, renseignez le SSID (le nom) et le mot de passe de votre réseau Wifi. Puis cliquer sur Enregistrer.
L’écriture la carte SD peut prendre plusieurs minutes
4. Assemblage des composants
Vous pouvez maintenant assembler tous les composants. Pour que tout se passe bien on vous recommande de suivre ces étapes.
Etape 1 : Une fois l’écriture de la carte SD terminée insérez là dans le Raspberry dans le lecteur de carte SD au dos de la carte.
Puis assemblez les composants sur le supports imprimé en 3D comme ci-contre. Le cable USB sera plus simple à mettre une fois la carte F9P et le Raspberry vissés sur le support
Etape 2 : Vissez les composants dans le boitier en fixant les vis du support sur les plots indiqués ci-contre. Si c’est la première fois que vous faites une base, ne faites pas cette étape. Il arrive fréquemment qu’on oublie quelque chose dans les étapes précédentes et qu’on soit obligé de reflasher la carte SD du Raspberry. Elle sera donc plus accessible si vous ne vissez pas définitivement les composants à ce stade.
Etape 3 : Faites passer le câble ethernet et l’alimentation du Raspberry grâce à un premier passe-parois. La connectique du câble ethernet est un peu épaisse. Il faut donc les faire passer un par un et pour le câble ethernet, l’astuce est de se servir du joint en caoutchouc pour maintenir la connectique écrasée pendant qu’on la passe dans la pièce en plastique.
Etape 4 : Faites passer le câble d’antenne dans le second passe-paroi. Votre montage devrait ressembler à l’image ci-contre.
Il ne vous reste plus qu’à visser l’antenne de l’autre côté du câble d’antenne. S’il fait beau, installez tout ça dehors pour vérifier dans les étapes d’après que l’antenne réceptionne bien les signaux des satellites.
- L’assemblage est maintenant terminé. On vérifie que tous les branchements sont bons, et on peut maintenant alimenter la carte Raspberry sur la prise secteur !
- La LED verte va clignoter pendant quelque temps (~3min), tout est en train de s’installer. Quand la LED verte est éteinte, la Raspberry n’est plus en travail : le système d’exploitation et RTKBase sont installés.
- A ce moment faites, une pause, pas de précipitation. Le Raspberry prend un peu de temps au premier démarrage pour installer le système d’exploitation et RTKBase.
5. Paramétrer RTK base
Dans cette partie vous allez apprendre à utilisez RTKBase pour connecter votre base à Centipède et pour générer un fichier RINEX qui sera très important pour calculer la position de la base
Etape 1 : Avec votre ordinateur connectez-vous au même réseau WiFi que celui que vous avez paramétré dans la partie 3. Une fois connecté à ce WiFi, ouvrez votre navigateur (Chrome, Firefox, etc) et allez sur le site : http://basegnss.local. Une page s’ouvre : Bienvenue sur RTKBase ! Le plus dur est fait.
Si RTKBase ne s’affiche pas, c’est possible que votre configuration Navigateur/Wifi n’arrive pas à trouver basegnss.local. Il faudra donc taper directement l’adresse IP locale de votre Raspberry dans la barre de recherche de votre navigateur. Mais où trouver cette adresse ? Tout est expliqué dans ce petit tuto avec Network Analyzer
Etape 1 : Lorsque vous êtes bien connecté à basegnss.local, le mot de passe à renseigner est admin.
Vous arrivez sur l’onglet « Status », qui nous montre :
- En haut : un graphique (chaque barre représente un satellite GPS reçu). Evidemment, en intérieur vous n’aurez pas beaucoup de satellites… Il faut donc se rapprocher de la fenêtre voire aller dehors, mais ne sortez pas trop loin pour toujours avoir la connexion en WiFi.
- En bas : Une carte du monde, avec un point bleu : c’est la position actuelle de la base ! Par défaut, il est aux coordonnées (0,0) donc dans le golfe de Guinée. Si vous captez suffisamment de satellites, il va se déplacer vers votre emplacement.
Vous pouvez maintenant cliquer sur l’onglet Settings. Il y a plusieurs paramètres de services :
Etape 2 : Main Service permet de récupérer les signaux des satellites, et calculer l’erreur actuelle en temps réel.
- Base coordinates : Pour calculer l’erreur, la base a besoin de connaitre sa position théorique. Nous ne l’avons pas pour le moment, mais c’est ici qu’il faudra la mettre une fois le calcul de position effectué
- Le reste est à laisser par défaut
Terminer par « Save »
Etape 3 : NTRIP Service permet d’envoyer les informations sur l’erreur actuelle au Caster (vous vous souvenez, pour que les utilisateurs à proximité puissent en bénéficier !)
- Caster address : par défaut caster.centipede.fr
- Caster port : par défaut 2101
- Caster password : centipede
- Mount name : C’est le nom de votre Base RTK, à vous de choisir 4 caractères en majuscule.
- Rtcm messages : ne pas toucher
- Receiver options: l’option par défaut -TADJ=1 permet d’avoir des secondes rondes.
Terminez par « Save »
Etape 3 :
RTCM Service : Non évoqué dans ce tutoriel
FILE Service : ce service permet d’enregistrer tout le flux d’infos des satellites dans un fichier. il est par défaut éteint. On l’allumera à l’étape suivante pour calculer la position de la base
6. Installation de la Base
A ce stade, la base est déjà bien pré-paramétrée. Il faut maintenant l’installer définitivement avant de commencer les étapes suivantes qui consistent à calculer sa position.
Pour cette étapes il n’y a pas grand chose à dire, à part de respecter les consigne du réseau centipède pour l’installation de la Base.
L’antenne doit être installée en hauteur, idéalement sur un bâtiment sans être masquée par un arbre ou un mur. Elle doit donc dépasser d’une toiture par exemple. Aucun obstacle ne doit se trouver dans un angle de 10° par rapport à l’horizontale tout autour de l’antenne.
Elle doit être fixée à un support immobile et le moins sujet possible à la dilatation. On évite donc les installations sur tôle en acier, on préférera la pierre ou le béton.
Les mats coudés en acier galvanisé pour les antennes paraboliques sont souvent de bonnes solutions pour fixer une platine sur un pignon de façade et faire dépasser l’antenne juste au dessus du faitage.
L’installation sera beaucoup plus confortable dans un bâtiment où il est possible d’avoir une connexion ethernet filaire et une alimentation électrique 220V. Voici ci-dessous quelques exemples d’installation
7. Calculer le positionnement de la base
On a vu que l’on doit connaitre très précisément la position exacte de notre base, afin de pouvoir calculer les erreurs. Si on la laisse tourner pendant 1 journée entière, et que l’on analyse ces données, on pourra arriver à une précision millimétrique : c’est suffisant pour les usages agricoles.
Il faut donc obligatoirement activer File Service, comme vu plus haut, et le laisser tourner pendant au moins 1 jour ! En pratique, il faudra laisser tourner le log un jour entier (de minuit à minuit. Si vous commencez à 18h, il faudra attendre la fin de la journée, puis toute la journée suivante _ de minuit à minuit. Le fichier qui nous intéressera sera le .zip du jour complet, pas celui de 18h à minuit…
Etape 1 : Dans le cas de notre tutoriel, on peut juste activer le File Service pendant 2minutes, histoire de collecter un peu de données. Ensuite, on peut aller dans le 3ème onglet LOGS. Des fichiers sont apparus en format .ubx, c’est l’enregistrement de toutes les données satellitaires ! Il faut cependant attendre minuit pour les récupérer…
Etape 2 :Une fois que le fichier est prêt après 1 journée complète d’acquisition, il pèsera environ 150MB. Il faut esnuite cliquer sur le petit crayon puis sur Create.
Le fichier est en cours de transformation. On nous propose au bout de quelques minutes de télécharger le fichier .20o, d’environ 4Mo. On touche au but !
Etape 3 :
Le fichier est en cours de transformation. On nous propose au bout de quelques minutes de télécharger le fichier .20o, d’environ 4Mo. On touche au but !
Ce fichier .20o n’est pas encore exploitable en l’état, il faut se rendre sur ce site
- Dans la section “Fichiers d’observation au format RINEX” Importer dans Pivot votre fichier AAAA-MM-JJ-MP.20o
- Dans la section “Stations GNSS Permanentes à intégrer” Renseigner nombre maximum 8 et éloignement maximum 1000 km
- Renseigner son adresse mail pour recevoir le rapport
- Actualiser le code avec les flèches bleues et entrez les 4 lettres.
- Cliquer sur envoyer la demande
Le rapport de positionnement est transmis après quelques minutes sur votre boite mail.
Etape 4 :
Quelques minutes plus tard, un mail vous est envoyé. Le fichier readme.txt explique la structure du rapport. La carte ‘PDF’ visualiser la répartition des stations de référence. Le rapport, au format TXT.
la position de votre base se situe à la fin du document dans la zone ====== RGF93 ======
Il est important de regarder la partie EXACTITUDE ESTIMÉE (2*SIGMA) car elle va vous donner la qualité du calcul. Vos valeurs doivent être inférieures à 8mm en E_N, E_E et inférieures à 16mm en E_H.
Noter les coordonnées de votre base dans cet ordre : Latitude Longitude Hell afin de les copier dans votre base RTK.
8. Ajouter la position de la base dans RTKBase
Etape 1 :
On connait maintenant la position très exacte de notre base : il faut lui renseigner ! On retourne maintenant sur notre http://basegnss.local. Dans Settings > Main Service > Base Coordinates, on remplace la position actuelle par celle donnée dans le rapport.
ATTENTION il faut les mettre dans l’ordre Latitude Longitude Hell
On termine par « Save »
Etape 2 :
Maintenant, dans la partie Status, on pourra voir un deuxième symbole : la position approximative actuelle (point bleu) , et la position avec le correctif RTK (cible), qui tient compte de la position exacte calculée par le rapport.
Il faut activer Main service et NTRIP settings pour un fonctionnement normal de la base. Tout le reste peut-être décoché, y compris le File Service.
9. Déclarer la base sur le réseau
C’est fini ! La base est opérationnelle. Il est juste nécessaire de signaler que la base est fonctionnelle au réseau Centipède pour qu’ils la rendent visible, par mail à contact@centipede.fr :
- Nom Prénom
- Profession
- Courriel
- Nom du point de montage de votre base GNSS RTK (de 3 à 5 caractères en MAJUSCULES)
- Matériels utilisés: modèle de votre antenne et de votre récepteur.
- le rapport du calcul de positionnement envoyé par IGN
- Plusieurs photos (minimum 2) de l’installation de votre antenne (proche et vue d’ensemble).
Bravo, vous pouvez utiliser des outils avec une précision centimétrique à partir de maintenant !