龔真春

（蘭州天地測(cè)繪信息有限公司，甘肅蘭州730020）

利用RTK技術(shù)作業(yè)時(shí)，不論是常規(guī)RTK技術(shù)，還是網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)，雖然都能方便快捷、實(shí)時(shí)地獲取測(cè)量點(diǎn)位的三維坐標(biāo)和質(zhì)量信息，但前提是必須在流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間、流動(dòng)站和CORS控制中心之間建立實(shí)時(shí)通訊鏈路[1]。常規(guī)RTK技術(shù)受地形條件、電臺(tái)功率及數(shù)據(jù)鏈傳輸質(zhì)量的影響大，作業(yè)距離短，需不停變換基準(zhǔn)站；而網(wǎng)絡(luò)RTK在應(yīng)用上還很大程度地取決于無(wú)線信號(hào)的覆蓋范圍與強(qiáng)弱，以及控制中心解算軟件的處理能力和穩(wěn)定性[2]。以上諸多因素從不同程度上制約著RTK技術(shù)的應(yīng)用。

PPK是一種GNSS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)后處理技術(shù)，擺脫了對(duì)電臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)通訊的依賴，不受地形的限制，在作業(yè)范圍60km內(nèi)，流動(dòng)站觀測(cè)10～30s，對(duì)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站 GNSS接收機(jī)所采集的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理，可達(dá)到厘米級(jí)測(cè)量精度[3]。文章以某地區(qū)無(wú)人機(jī)1：2000地形圖像控點(diǎn)測(cè)量任務(wù)為例，將PPK技術(shù)作為常規(guī)RTK測(cè)量的補(bǔ)充手段進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量，取得了較為滿意的作業(yè)效果。

1 PPK測(cè)量技術(shù)的工作原理

PPK(Post-Processing Kinematic)技術(shù)，即動(dòng)態(tài)后處理技術(shù)，是利用載波相位進(jìn)行事后差分的GNSS定位技術(shù)，又稱半動(dòng)態(tài)法、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)法、停停走走法[4]。類似常規(guī)RTK測(cè)量系統(tǒng)，PPK測(cè)量系統(tǒng)也是由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，只是用戶不需要配備數(shù)據(jù)通訊鏈路，如圖1所示。其工作原理是，使用一臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī)和至少一臺(tái)流動(dòng)站接收機(jī)，保持基準(zhǔn)站和流動(dòng)站連續(xù)同步觀測(cè)可見衛(wèi)星，形成對(duì)衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)量；觀測(cè)結(jié)束后利用GNSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間的空間相對(duì)位置；最后在軟件里固定基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)，平差得到流動(dòng)站的坐標(biāo)[5]。

圖1 PPK技術(shù)工作原理

值得提及的是，PPK技術(shù)并不是一種新型的GNSS測(cè)量技術(shù)，自出現(xiàn)以來(lái)，在國(guó)內(nèi)沒有得到用戶的重視和應(yīng)用上的普及。然而，隨著GNSS軟硬件技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，以及RTK技術(shù)的不足越來(lái)越明顯，特別是無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用更趨于大范圍、高效率的作業(yè)，實(shí)踐應(yīng)用表明PPK技術(shù)是一種更適合搭載在無(wú)人機(jī)上的空間定位技術(shù)，具有更好的應(yīng)用前景，使得PPK技術(shù)再次回到了人們的視線之中。目前，各主流品牌GNSS接收機(jī)(天寶、拓普康、南方、中海達(dá)等)、無(wú)人機(jī)都具有PPK作業(yè)和數(shù)據(jù)處理功能。

PPK測(cè)量作業(yè)模式和數(shù)據(jù)處理過(guò)程簡(jiǎn)單，其基本作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 PPK技術(shù)作業(yè)基本流程

2 常規(guī)RTK技術(shù)同PPK技術(shù)比較

有關(guān)常規(guī)RTK基本原理和作業(yè)方法，不再贅述。兩種測(cè)量技術(shù)比較如下。

2.1 相同點(diǎn)

1）定位精度相同。兩種技術(shù)都可以達(dá)到厘米級(jí)的定位精度。水平精度為:1cm+1ppm，垂直精度為:2 cm+1ppm。

2）兩種技術(shù)在作業(yè)前都需要初始化。

3）作業(yè)模式相同。兩種技術(shù)都采用參考站加移動(dòng)站的作業(yè)模式。

2.2 不同點(diǎn)

1）初始化時(shí)間不同。均與衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)，RTK技術(shù)初始化的時(shí)間較短，最小初始化時(shí)間為10 s+(0.5·D)s，D 為基線長(zhǎng)度(km)；PPK 技術(shù)初始化時(shí)間較長(zhǎng)，一般初始化的時(shí)間為5～15min，在6顆衛(wèi)星的情況下，需要不少于8min。

2）電臺(tái)支持不同。RTK技術(shù)需要通訊電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)；PPK技術(shù)不需要通訊電臺(tái)支持。

3）定位作業(yè)的方式不同。RTK采用的實(shí)時(shí)定位技術(shù)，在流動(dòng)站隨時(shí)看到測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)以及精度情況；PPK定位屬于后處理定位，現(xiàn)場(chǎng)看不到點(diǎn)的坐標(biāo)信息，需要事后處理才能得到結(jié)果。

4）作業(yè)半徑不同。RTK作業(yè)不僅受到通訊電臺(tái)的制約，而且作業(yè)距離一般不超過(guò)10km；PPK技術(shù)作業(yè)，一般作業(yè)半徑可以達(dá)到50km。

5）受衛(wèi)星信號(hào)影響的程度不同。RTK作業(yè)時(shí)，在大樹等障礙物的附近，非常容易失鎖；而PPK作業(yè)時(shí)，經(jīng)過(guò)初始化后，一般不易失鎖。

3 實(shí)例驗(yàn)證及分析

某測(cè)區(qū)面積約4.2km2，西北部為丘陵，樹林、植被較密，其余地勢(shì)平坦、樹林稀少?，F(xiàn)利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量完成1：2000地形圖測(cè)制任務(wù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)了10個(gè)像控點(diǎn)。儀器采用3臺(tái)天寶GNSS接收機(jī)。

3.1 基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量

測(cè)區(qū)內(nèi)選定3個(gè)臨時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)，CGCS2000平面坐標(biāo)采用GNSS靜態(tài)測(cè)量模式，聯(lián)測(cè)甘肅省CORS站；高程采用測(cè)區(qū)似大地水準(zhǔn)面精化資料計(jì)算得到正常高成果。GNSS靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)解算、坐標(biāo)和高程成果委托第三方完成。

3.2 像控點(diǎn)測(cè)量

對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦、樹林稀少所布設(shè)的7個(gè)像控點(diǎn)利用常規(guī)RTK技術(shù)完成；對(duì)西北部丘陵帶布設(shè)的3個(gè)像控點(diǎn)利用PPK技術(shù)完成。像控點(diǎn)測(cè)量時(shí)，GNSS接收機(jī)天線安放在基座內(nèi)，并用三腳架進(jìn)行精確對(duì)中，嚴(yán)格整平。觀測(cè)過(guò)程中流動(dòng)站一直開機(jī)，保持接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，如中途出現(xiàn)衛(wèi)星失鎖的情況，則重新初始化。PPK測(cè)量模式時(shí)，基準(zhǔn)站與移動(dòng)站采樣率均設(shè)置為1s，流動(dòng)站初始化完成后，觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為60s。

為便于后續(xù)驗(yàn)證分析，觀測(cè)結(jié)束后，對(duì)采用PPK技術(shù)測(cè)量的3個(gè)像控點(diǎn)利用雙基準(zhǔn)站靜態(tài)觀測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)采用RTK技術(shù)測(cè)量的7個(gè)像控點(diǎn)再利用PPK技術(shù)進(jìn)行了觀測(cè)。

3.3 結(jié)果分析

利用PPK技術(shù)測(cè)量的3個(gè)像控點(diǎn)同采用雙基準(zhǔn)站靜態(tài)觀測(cè)法的結(jié)果比較統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 PPK同雙基準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果比較統(tǒng)計(jì)表

由表1可看出，用雙基準(zhǔn)站靜態(tài)觀測(cè)法檢查時(shí)，平面坐標(biāo)x相差最大為3.1cm，y坐標(biāo)相差最大為2.7cm，高程最大相差為9.1cm。說(shuō)明使用PPK技術(shù)滿足觀測(cè)條件時(shí)，短時(shí)間內(nèi)精度可達(dá)到像控點(diǎn)測(cè)量的精度要求。由表2可看出，通過(guò)在能收到差分信號(hào)的像控點(diǎn)上，使用PPK所測(cè)定的平面精度與RTK測(cè)定的平面精度基本一致，平面坐標(biāo)x相差最大為5.1cm，y坐標(biāo)相差最大為4.4cm，高程最大相差為7.1cm。

表2 PPK同RTK測(cè)量結(jié)果比較統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語(yǔ)

GNSS PPK測(cè)量不需要無(wú)線電臺(tái)和通訊網(wǎng)絡(luò)，作業(yè)模式簡(jiǎn)單、測(cè)量效率高，2臺(tái)以上接收機(jī)就可以采用PPK模式作業(yè)，能達(dá)到與RTK相當(dāng)?shù)木取?shí)際作業(yè)時(shí)，PPK技術(shù)可作為RTK測(cè)量作業(yè)的一種重要補(bǔ)充手段，將二者進(jìn)行有效結(jié)合，發(fā)揮出各自優(yōu)勢(shì)，既能保證精度，又可提高效率。