Performance Evaluation Of RT-PPP, Network RTK, And PPP Techniques In Vehicle-Based Kinematic GNSS Positioning

Öz

The need for real-time positioning is of critical importance, particularly for emerging technologies such as intelligent navigation and autonomous vehicles. Although the desired level of accuracy can be achieved in static positioning, the accuracy attainable in kinematic applications may vary considerably. In this study, real-time Precise Point Positioning (RT-PPP), CORS (Continuously Operating Reference Stations)-based Network RTK (Real-Time Kinematic), post-processed PPP (CSRS-PPP), and Post-Processed Kinematic (PPK) solutions were comparatively evaluated using kinematic data obtained from two dual-frequency geodetic Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers mounted on a land vehicle. The test was conducted on 22 April 2021 at Yıldız Technical University Davutpaşa Campus, with a 1 second sampling interval over an approximately 52-minute trajectory. The results showed that the post-processed CSRS-PPP solutions achieved horizontal RMS accuracies of 1.8 cm and 1.3 cm for the GR-5 and HiPer SR receivers, respectively. The Network RTK method provided a horizontal RMS accuracy of 4.5 cm for FIX epochs; however, the accuracy degraded considerably when non-FIX epochs were included. The RT-PPP solution remained at the decimeter level, with RMS errors of 16.7 cm in the horizontal component and 25.1 cm in three-dimensional positioning. The results indicate that RT-PPP is not sufficient for high-precision geodetic applications; however, it can serve as a practical real-time alternative for urban land-vehicle navigation.

Anahtar Kelimeler

• GNSS
• RT-PPP
• Network RTK
• CSRS-PPP
• PPK

Etik Beyan

There is no conflict of interest with any person/institution in the prepared article.

Teşekkür

The author would like to thank Dr. Ali Hasan Doğan, faculty member of the Department of Geomatics Engineering at Tokat Gaziosmanpaşa University, for his assistance in carrying out the kinematic test measurements in this study.

Kara Aracı Tabanlı Kinematik GNSS Konumlandırmada RT-PPP, Ağ-RTK ve PPP Tekniklerinin Performans Değerlendirmesi

Öz

Gerçek zamanlı konum belirleme ihtiyacı özellikle akıllı navigasyon ve otonom araçlar gibi teknolojik gelişmeler için büyük bir önem arz etmektedir. Her ne kadar statik konum belirlemede istenilen düzeyde doğruluk ile konum bilgisi elde edilebilse de kinematik uygulamalardaki konum doğruluğu değişkenlik göstermektedir. Bu çalışmada, kara aracı üzerine yerleştirilen iki çift frekanslı jeodezik Küresel Seyrüsefer Uydu Sistemi (Global Navigation Satellite System, GNSS) alıcısından elde edilen kinematik veriler kullanılarak gerçek zamanlı Hassas Nokta Konumlama (Real-Time Precise Point Positioning, RT-PPP), Sürekli Çalışan Referans İstasyonları (Continuously Operating Reference Stations, CORS) tabanlı Ağ-RTK (Gerçek Zamanlı Kinematik; Real-Time Kinematic, RTK), İşlem Sonrası PPP (Canadian Spatial Reference System PPP, CSRS-PPP) ve İşlem Sonrası Kinematik (Post-Processed Kinematic, PPK) çözümleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Test, Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa Kampüsü’nde 22 Nisan 2021 tarihinde, 1 saniye örnekleme aralığıyla yaklaşık 52 dakikalık bir güzergâhta gerçekleştirilmiştir. Sonuçlara göre işlem sonrası CSRS-PPP çözümleri GR-5 ve HiPer SR alıcılarında sırasıyla 1,8 cm ve 1,3 cm yatay Karesel Ortalama Hata (Root Mean Square, RMS) doğruluğu sağlamıştır. Ağ-RTK yöntemi FIX epoklarda 4,5 cm yatay RMS doğruluk üretmiş; ancak FIX dışı epoklar dâhil edildiğinde doğruluk belirgin biçimde düşmüştür. RT-PPP çözümü ise 16,7 cm yatay ve 25,1 cm üç boyutlu RMS ile desimetre düzeyinde kalmıştır. Sonuçlar, RT-PPP yönteminin hassas jeodezik uygulamalar için yetersiz olduğunu; buna karşılık şehir içi kara aracı navigasyonu için pratik bir gerçek zamanlı alternatif oluşturduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• GNSS
• RT-PPP
• Ağ-RTK
• CSRS-PPP
• PPK

Etik Beyan

Herhangi bir kişiyle çıkar çatışması bulunmamaktadır.

Teşekkür

Yazar, bu çalışmada kinematik test ölçümlerinin gerçekleştirilmesindeki yardımları için Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi Jeomatik Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Dr. Ali Hasan Doğan'a teşekkürlerini sunar.

Kaynakça

1. A. El-Mowafy, “Precise real-time positioning using Network RTK,” in Global Navigation Satellite Systems: Signal, Theory and Applications, S. Jin, Ed. Rijeka, Croatia: InTech, 2012.
2. V. Janssen, “A comparison of the VRS and MAC principles for network RTK,” in Proc. Int. Global Navigation Satellite Systems Society (IGNSS) Symp., Surfers Paradise, Australia, Dec. 2009.
3. J. F. Zumberge, M. B. Heflin, D. C. Jefferson, M. M. Watkins, and F. H. Webb, “Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks,” J. Geophys. Res. Solid Earth, vol. 102, no. B3, pp. 5005–5017, 1997.
4. X. Li, X. Zhang, X. Ren, M. Fritsche, J. Wickert, and H. Schuh, “Precise positioning with current multi-constellation Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, Galileo and BeiDou,” Sci. Rep., vol. 5, no. 1, Art. no. 8328, 2015.
5. R. M. Alkan, S. Erol, and B. Mutlu, “Applicability of real-time PPP technique in polar regions as an accurate and efficient real-time positioning system,” Turk. J. Earth Sci., vol. 32, no. 8, pp. 1022–1040, 2023.
6. H. Still, R. Odolinski, M. H. Bowman, C. Hulbe, and D. J. Prior, “Observing glacier dynamics with low-cost, multi-GNSS positioning in Victoria Land, Antarctica,” J. Glaciol., vol. 70, Art. no. e31, 2024.
7. P. Gratton, S. Banville, G. Lachapelle, and K. O’Keefe, “Kinematic zenith tropospheric delay estimation with GNSS PPP in mountainous areas,” Sensors, vol. 21, no. 17, Art. no. 5709, 2021.
8. J. Shi, X. Yuan, Y. Cai, and G. Wang, “GPS real-time precise point positioning for aerial triangulation,” GPS Solut., vol. 21, no. 2, pp. 405–414, 2017.

9. M. Caissy, L. Agrotis, G. Weber, M. Hernandez-Pajares, and U. Hugentobler, “Coming soon: The International GNSS Real-Time Service,” GPS World, vol. 23, no. 6, pp. 52–58, 2012.
10. A. H. Dogan, “Investigation of the GFS forecast products on RT-PPP solutions,” J. Atmos. Sol.-Terr. Phys., vol. 280, Art. no. 106755, 2026.
11. C. Lu et al., “Real-time tropospheric delays retrieved from multi-GNSS observations and IGS real-time product streams,” Remote Sens., vol. 9, no. 12, Art. no. 1317, 2017.
12. A. Ochałek, W. Niewiem, E. Puniach, and P. Ćwiąkała, “Accuracy evaluation of real-time GNSS precision positioning with RTX Trimble technology,” Civ. Environ. Eng. Rep., vol. 28, no. 4, pp. 49–61, 2018.
13. P. Steigenberger and O. Montenbruck, “Galileo status: Orbits, clocks, and positioning,” GPS Solut., vol. 21, no. 2, pp. 319–331, 2017.
14. F. Yang, L. Zhao, L. Li, S. Feng, and J. Cheng, “Performance evaluation of kinematic BDS/GNSS real-time precise point positioning for maritime positioning,” J. Navig., vol. 72, no. 1, pp. 34–52, 2019.
15. V. İlçi and A. U. Peker, “The kinematic performance of real-time PPP services in challenging environment,” Measurement, vol. 189, Art. no. 110434, 2022.
16. A. Elmezayen and A. El-Rabbany, “Precise point positioning using world’s first dual-frequency GPS/GALILEO smartphone,” Sensors, vol. 19, no. 11, Art. no. 2593, 2019.
17. R. M. Alkan, S. Erol, V. İlçi, and İ. M. Ozulu, “Comparative analysis of real-time kinematic and PPP techniques in dynamic environment,” Measurement, vol. 163, Art. no. 107995, 2020.
18. Z. Li, L. Wang, N. Wang, R. Li, and A. Liu, “Real-time GNSS precise point positioning with smartphones for vehicle navigation,” Satell. Navig., vol. 3, no. 1, Art. no. 19, 2022.
19. M. Bezcioğlu, “Düşük maliyetli GNSS gözlemlerine dayalı gerçek-zamanlı hassas nokta konum belirleme (RT-PPP) tekniğinin performansının değerlendirilmesi ve çoklu-GNSS gözlemlerinin katkısı,” Niğde Ömer Halisdemir Univ. Müh. Bilim. Derg., vol. 12, no. 4, pp. 1341–1350, 2023, in Turkish.
20. NovAtel Inc., GrafNav/GrafNet 8.70 User Manual, ver. 4. Calgary, AB, Canada: NovAtel Inc., 2018.
21. G. Weber, L. Mervart, A. Stürze, A. Rülke, and D. Stöcker, BKG Ntrip Client (BNC): Version 2.12, Mitteilungen des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie, vol. 49. Frankfurt am Main, Germany: Verlag des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie, 2016.
22. F. Karlitepe, “Experimental evaluation of spatial–temporal interference mitigation in CRPA GNSS receivers under jamming and spoofing,” Electronics, vol. 15, no. 12, Art. no. 2544, 2026.