吳文祥 張東芳 趙世宏

[摘要]介紹精密單點(diǎn)定位技術(shù)(簡稱PPP技術(shù))和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的概念及其技術(shù)特點(diǎn),對其在有利于統(tǒng)一坐標(biāo)基準(zhǔn)、保證和提高測量精度、電力基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)獲取和實(shí)現(xiàn)電力勘測信息化等方面與電力勘測相適合的優(yōu)勢特征,同常規(guī)RTK技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行比較,闡明PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在電力勘測未來發(fā)展中的作用。

[關(guān)鍵詞]精密單點(diǎn)定位技術(shù)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)RTK技術(shù)電力勘測

中圖分類號:TM-9文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110018-01

目前,GPS靜態(tài)相對定位和GPS RTK已廣泛應(yīng)用于測繪生產(chǎn),成為當(dāng)代測量的常用作業(yè)模式。隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展,代表著GPS第三代定位技術(shù)的PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)成為了GPS研究的新熱點(diǎn)。實(shí)時、高精度、高可靠性的方向發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)化、集中式的數(shù)據(jù)服務(wù)(Data Service)典型特征,使得PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)對促進(jìn)測繪生產(chǎn)的信息化和現(xiàn)代化起著舉足輕重的作用。本文介紹了這些新技術(shù)的基本概念和理論及其在電力測繪行業(yè)未來發(fā)展中的作用,為加快實(shí)現(xiàn)電力勘測的數(shù)字化、信息化進(jìn)程,加強(qiáng)測繪新技術(shù)的理論交流與實(shí)踐,提高電力測繪生產(chǎn)的效率,對電力測繪工作者是非常必要的。

一、精密單點(diǎn)定位技術(shù)的概念及技術(shù)特點(diǎn)

(一)概念

精密單點(diǎn)定位技術(shù)(Precise Point Positioning,簡稱為PPP)是利用這種預(yù)報的GPS衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù);同時利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差來替代用戶GPS定位觀測值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù);用戶利用單臺GPS雙頻雙碼接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)在數(shù)千萬平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以2-4dm級的精度進(jìn)行實(shí)時動態(tài)定位或以2-4cm級的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位,這一導(dǎo)航定位方法稱為精密單點(diǎn)定位。

GPS的定位模式可分為單點(diǎn)定位、精密單點(diǎn)定位、單基準(zhǔn)站相對定位及多基準(zhǔn)站相對定位。目前,精密單點(diǎn)定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全球精密實(shí)時動態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù),也是GPS定位方面的前沿研究方向。

(二)技術(shù)特點(diǎn)

1.處理非差偽距和相位觀測值;

2.估計(jì)位置、接收機(jī)鐘差、對流層延遲歷元;

3.支持靜態(tài)和動態(tài)定位;

4.支持全球定位;

5.與坐標(biāo)框架直接聯(lián)系;

6.無需基準(zhǔn)站支持即可實(shí)現(xiàn)厘米級到分米級定位;

7.提高效益,降低成本。

二、網(wǎng)絡(luò)RTK的概念及技術(shù)特點(diǎn)

(一)概念

在某一區(qū)域內(nèi)建立多個(一般為3個或3個以上)的GPS基準(zhǔn)站,對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋,并以這些基準(zhǔn)站中的一個或多個為基準(zhǔn),計(jì)算和發(fā)播GPS改正信息,對該地區(qū)內(nèi)的GPS用戶進(jìn)行實(shí)時改正的定位方式,稱為GPS網(wǎng)絡(luò)RTK,又稱為多基準(zhǔn)站RTK。

按GPS的定位模式網(wǎng)絡(luò)RTK屬多基準(zhǔn)站相對定位。目前,網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)按照差分信息生成方式主要有:虛擬參考站技術(shù)(VRS)、FKP技術(shù)、徠卡主輔站概念(MAC)和綜合誤差內(nèi)插技術(shù)(CBI)。

(二)技術(shù)特點(diǎn)

1.覆蓋范圍更廣;

2.成本更低;

3.精度和可靠性更高;

4.應(yīng)用范圍更廣;

5.改進(jìn)了OTF初始化時間。

三、常規(guī)RTK、PPP技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)RTK在技術(shù)要求、定位精度等方面的優(yōu)缺點(diǎn)

(一)常規(guī)RTK

常規(guī)RTK技術(shù)目前已應(yīng)用于電力勘測中,但還有一定的局限性。常規(guī)RTK采用雙差觀測模型,其重要優(yōu)點(diǎn)是消除衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差的影響。對于短基線情況,可以進(jìn)一步消除電離層和對流層延遲的影響,整周未知數(shù)具有整數(shù)特性。缺點(diǎn)是觀測值減少且相關(guān)必須至少在一個已知站上進(jìn)行同步觀測才能求解測站坐標(biāo);工作距離短、定位精度隨距離的增加而顯著降低、單參考站模式可靠性差、大的區(qū)域內(nèi)作業(yè)需要多次設(shè)站或設(shè)立多個參考站且受電臺信號限制同時存在粗差。

(二)PPP技術(shù)

PPP技術(shù)主要是結(jié)合廣域差分和單點(diǎn)定位技術(shù),采用非差觀測值模型,可用觀測值多,保留了所有觀測信息;能直接得到測站坐標(biāo);不同測站的觀測值不相關(guān),顯然誤差也不相關(guān),測站與測站之間無距離限制。其技術(shù)要求為精密衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘參數(shù);其不利之處是未知參數(shù)多;無法采用站間或星間差分的方法消除誤差影響,必須利用完善的改正模型加以改正。整周未知數(shù)不具有整數(shù)特性。

(三)網(wǎng)絡(luò)RTK

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是利用連續(xù)運(yùn)行GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))參考站網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、無線通訊、GNSS高精度定位技術(shù)等,為覆蓋范圍內(nèi)的流動站用戶實(shí)時提供高精度的GNSS定位結(jié)果的一系列技術(shù)總稱。其主要是結(jié)合RTK和基準(zhǔn)站技術(shù),要求在區(qū)域內(nèi)架設(shè)多個基準(zhǔn)站,定位精度高、精度均勻、穩(wěn)定性好,目前正向著網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)CORS系統(tǒng)方向發(fā)展。完善的CORS系統(tǒng)的建立將實(shí)現(xiàn)全國范圍的無縫測繪夢想。

四、PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在電力勘測應(yīng)用中的技術(shù)特點(diǎn)

(一)有利于實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一

中華人民共和國測繪法規(guī)定“國家設(shè)立和采用全國統(tǒng)一的大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、深度基準(zhǔn)和重力基準(zhǔn),國家建立全國統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系統(tǒng)、平面坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、地心坐標(biāo)系統(tǒng)和重力測量系統(tǒng),確定國家大地測量等級和精度以及國家基本比例尺地圖的系列和基本精度”。目前,鑒于我國1954年北京坐標(biāo)系存在著缺點(diǎn)和問題,而1980西安坐標(biāo)系雖為我國嚴(yán)密的國家坐標(biāo)系統(tǒng),但限于各級網(wǎng)點(diǎn)分布及區(qū)域加密點(diǎn)數(shù)量不足和標(biāo)志破壞嚴(yán)重等問題;我國測繪現(xiàn)狀限于技術(shù)發(fā)展和區(qū)域城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)展的實(shí)際,由于各地區(qū)城市建設(shè)多年來多坐標(biāo)系統(tǒng)下的已有測繪成果資料積累,還不能夠?qū)崿F(xiàn)所有測繪資料和測繪生產(chǎn)在國家坐標(biāo)系統(tǒng)下的完全統(tǒng)一。而電力勘測由于測設(shè)的站、廠(場)及輸電線路通常為城區(qū)與城區(qū)間乃至全國范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)連接,電力測繪生產(chǎn)和電力基礎(chǔ)設(shè)施信息化恰需要在統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)上,這就給電力勘測工作帶來了一定的困難,既要考慮當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)劃建設(shè),又要顧及電力基礎(chǔ)設(shè)施的信息化建設(shè)。目前常規(guī)的單基準(zhǔn)站RTK測量尚不能完全滿足生產(chǎn),精密單點(diǎn)定位技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的發(fā)展為解決這一問題提供了方法和途徑,ITRF框架下的測量成果,既可方便坐標(biāo)系統(tǒng)間的聯(lián)測與互換,實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)在某一區(qū)域內(nèi)的統(tǒng)一也可實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一。

(二)保證勘測精度的同時提高勘測效率

目前,由于國家坐標(biāo)系統(tǒng)區(qū)域加密點(diǎn)的分布不均,且大部分國家控制點(diǎn)位(平面、高程)遭到破壞,使得電力勘測在輸電線路等線路勘測在控制測量上遇到了嚴(yán)重的問題。省級GPS網(wǎng)點(diǎn)的加密工作尚不能完全滿足線路勘測等測繪生產(chǎn)的需要。為了確保勘測成果質(zhì)量不得不花費(fèi)大量的時間和金錢在控制測量上,同時大大降低了工作效率。利用靜態(tài)精密單點(diǎn)定位的高精度解決電力線路勘測的控制測量問題不單省時高效,且能夠保證精度要求。我國武漢大學(xué)研制的高精度PPP數(shù)據(jù)處理軟件TriP,以無電離層影響的載波相位和偽距組合觀測值為觀測數(shù)據(jù),對測站的位置、接收機(jī)鐘差、對流層天頂延遲以及組合后的相位模糊度等參數(shù)進(jìn)行估計(jì),同時具有后處理靜態(tài)定位和動態(tài)定位的功能〔1〕。因此,利用靜態(tài)精密單點(diǎn)定位技術(shù)解決平面控制測量問題已完全可能。而隨著精密單點(diǎn)定位技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和未來省級GPS網(wǎng)絡(luò)虛擬參考站網(wǎng)的建設(shè),實(shí)現(xiàn)電力勘測在高精度、高可靠性及省時高校上將發(fā)揮更大的作用。

(三)有利于推進(jìn)電力勘測的信息化進(jìn)程

數(shù)字城市、數(shù)字中國乃至數(shù)字地球的數(shù)字化時代正在悄然的走進(jìn)我們,數(shù)字化信息時代已經(jīng)來臨。測繪工作作為測定、采集及表述等數(shù)字化數(shù)據(jù)、信息獲取源在信息化時代的今天起著舉足輕重的作用。如何實(shí)現(xiàn)電力勘測的信息化、現(xiàn)代化是我們電力勘測工作者的夢想和追求。怎樣解決電力基礎(chǔ)設(shè)施的信息化,相信隨著精密單點(diǎn)定位技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)RKT技術(shù)的成熟發(fā)展一定精度要求下的統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)的電力勘測的信息化很快就能實(shí)現(xiàn)。在電力勘測信息化、數(shù)字化數(shù)據(jù)信息的獲取上同航測及衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合,將會實(shí)現(xiàn)電力基礎(chǔ)設(shè)施信息系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立和信息網(wǎng)絡(luò)查詢,并使得作為“數(shù)字中國”一部分的電力基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化成為可能。因此,精密單點(diǎn)定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的發(fā)展必將推進(jìn)電力勘測的信息化進(jìn)程。

五、結(jié)語

科技是第一生產(chǎn)力,當(dāng)今的衛(wèi)星定位技術(shù)在歷經(jīng)了常規(guī)RTK技術(shù)和廣域差分定位技術(shù)后,正向著以PPP技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)為代表的第三代GPS定位技術(shù)階段,即以實(shí)時、高精度、高可靠性為方向發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)化、集中式為數(shù)據(jù)服務(wù)(Data Service)典型特征的技術(shù)發(fā)展階段。PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的成熟發(fā)展,必將促進(jìn)電力基礎(chǔ)設(shè)施的信息化進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)電力勘測的信息化、現(xiàn)代化。認(rèn)真學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代先進(jìn)的測繪技術(shù)并不斷將其應(yīng)用于電力勘測生產(chǎn)實(shí)際,才能更好的實(shí)現(xiàn)專業(yè)技術(shù)的信息化發(fā)展,才能夠通過技術(shù)的進(jìn)步與變革,提高專業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

參考文獻(xiàn):

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[2]晏紅波、黃騰,GPS網(wǎng)絡(luò)RTK的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景探討,現(xiàn)代空間定位技術(shù)研討交流會論文集,Vol.5,No.3,Nov.2007.

[3]李征航、何良華、吳北平,全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的最新進(jìn)展,第二講,網(wǎng)絡(luò)RTK測繪信息與工程,Journal of Geomat ics,2002,4-27(2).

作者簡介:

吳文祥(1965-),男,工程師,長期從事電力工程勘測。