PPP技術和網絡RTK技術在電力勘測發展中的作用

吳文祥 張東芳 趙世宏

[摘要]介紹精密單點定位技術(簡稱PPP技術)和網絡RTK技術的概念及其技術特點,對其在有利于統一坐標基準、保證和提高測量精度、電力基礎設施基礎地理信息數據獲取和實現電力勘測信息化等方面與電力勘測相適合的優勢特征,同常規RTK技術的應用進行比較,闡明PPP技術和網絡RTK技術在電力勘測未來發展中的作用。

[關鍵詞]精密單點定位技術網絡RTK技術RTK技術電力勘測

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

目前,GPS靜態相對定位和GPS RTK已廣泛應用于測繪生產,成為當代測量的常用作業模式。隨著GPS定位技術的不斷發展,代表著GPS第三代定位技術的PPP技術和網絡RTK技術成為了GPS研究的新熱點。實時、高精度、高可靠性的方向發展,網絡化、集中式的數據服務(Data Service)典型特征,使得PPP技術和網絡RTK技術對促進測繪生產的信息化和現代化起著舉足輕重的作用。本文介紹了這些新技術的基本概念和理論及其在電力測繪行業未來發展中的作用,為加快實現電力勘測的數字化、信息化進程,加強測繪新技術的理論交流與實踐,提高電力測繪生產的效率,對電力測繪工作者是非常必要的。

一、精密單點定位技術的概念及技術特點

(一)概念

精密單點定位技術(Precise Point Positioning,簡稱為PPP)是利用這種預報的GPS衛星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標起算數據;同時利用某種方式得到的精密衛星鐘差來替代用戶GPS定位觀測值方程中的衛星鐘差參數;用戶利用單臺GPS雙頻雙碼接收機的觀測數據在數千萬平方公里乃至全球范圍內的任意位置都可以2-4dm級的精度進行實時動態定位或以2-4cm級的精度進行較快速的靜態定位,這一導航定位方法稱為精密單點定位。

GPS的定位模式可分為單點定位、精密單點定位、單基準站相對定位及多基準站相對定位。目前,精密單點定位技術是實現全球精密實時動態定位與導航的關鍵技術,也是GPS定位方面的前沿研究方向。

(二)技術特點

1.處理非差偽距和相位觀測值;

2.估計位置、接收機鐘差、對流層延遲歷元;

3.支持靜態和動態定位;

4.支持全球定位;

5.與坐標框架直接聯系;

6.無需基準站支持即可實現厘米級到分米級定位;

7.提高效益,降低成本。

二、網絡RTK的概念及技術特點

(一)概念

在某一區域內建立多個(一般為3個或3個以上)的GPS基準站,對該地區構成網狀覆蓋,并以這些基準站中的一個或多個為基準,計算和發播GPS改正信息,對該地區內的GPS用戶進行實時改正的定位方式,稱為GPS網絡RTK,又稱為多基準站RTK。

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

(二)技術特點

1.覆蓋范圍更廣;

2.成本更低;

3.精度和可靠性更高;

4.應用范圍更廣;

5.改進了OTF初始化時間。

三、常規RTK、PPP技術、網絡RTK在技術要求、定位精度等方面的優缺點

(一)常規RTK

常規RTK技術目前已應用于電力勘測中,但還有一定的局限性。常規RTK采用雙差觀測模型,其重要優點是消除衛星鐘差、接收機鐘差的影響。對于短基線情況,可以進一步消除電離層和對流層延遲的影響,整周未知數具有整數特性。缺點是觀測值減少且相關必須至少在一個已知站上進行同步觀測才能求解測站坐標;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、大的區域內作業需要多次設站或設立多個參考站且受電臺信號限制同時存在粗差。

(二)PPP技術

PPP技術主要是結合廣域差分和單點定位技術,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;不同測站的觀測值不相關,顯然誤差也不相關,測站與測站之間無距離限制。其技術要求為精密衛星軌道、衛星鐘參數;其不利之處是未知參數多;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。整周未知數不具有整數特性。

(三)網絡RTK

網絡RTK技術是利用連續運行GNSS(全球衛星導航系統)參考站網絡、計算機網絡通訊、無線通訊、GNSS高精度定位技術等,為覆蓋范圍內的流動站用戶實時提供高精度的GNSS定位結果的一系列技術總稱。其主要是結合RTK和基準站技術,要求在區域內架設多個基準站,定位精度高、精度均勻、穩定性好,目前正向著網絡RTK系統CORS系統方向發展。完善的CORS系統的建立將實現全國范圍的無縫測繪夢想。

四、PPP技術和網絡RTK技術在電力勘測應用中的技術特點

(一)有利于實現坐標系統的統一

中華人民共和國測繪法規定“國家設立和采用全國統一的大地基準、高程基準、深度基準和重力基準,國家建立全國統一的大地坐標系統、平面坐標系統、高程系統、地心坐標系統和重力測量系統,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年北京坐標系存在著缺點和問題,而1980西安坐標系雖為我國嚴密的國家坐標系統,但限于各級網點分布及區域加密點數量不足和標志破壞嚴重等問題;我國測繪現狀限于技術發展和區域城市規劃建設發展的實際,由于各地區城市建設多年來多坐標系統下的已有測繪成果資料積累,還不能夠實現所有測繪資料和測繪生產在國家坐標系統下的完全統一。而電力勘測由于測設的站、廠(場)及輸電線路通常為城區與城區間乃至全國范圍內的網絡連接,電力測繪生產和電力基礎設施信息化恰需要在統一的坐標基準上,這就給電力勘測工作帶來了一定的困難,既要考慮當地城市規劃建設,又要顧及電力基礎設施的信息化建設。目前常規的單基準站RTK測量尚不能完全滿足生產,精密單點定位技術及網絡RTK技術的發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,既可方便坐標系統間的聯測與互換,實現坐標系統在某一區域內的統一也可實現全國范圍內的坐標系統統一。

(二)保證勘測精度的同時提高勘測效率

目前,由于國家坐標系統區域加密點的分布不均,且大部分國家控制點位(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重的問題。省級GPS網點的加密工作尚不能完全滿足線路勘測等測繪生產的需要。為了確保勘測成果質量不得不花費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。利用靜態精密單點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。我國武漢大學研制的高精度PPP數據處理軟件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據,對測站的位置、接收機鐘差、對流層天頂延遲以及組合后的相位模糊度等參數進行估計,同時具有后處理靜態定位和動態定位的功能〔1〕。因此,利用靜態精密單點定位技術解決平面控制測量問題已完全可能。而隨著精密單點定位技術的進一步發展和未來省級GPS網絡虛擬參考站網的建設,實現電力勘測在高精度、高可靠性及省時高校上將發揮更大的作用。

(三)有利于推進電力勘測的信息化進程

數字城市、數字中國乃至數字地球的數字化時代正在悄然的走進我們,數字化信息時代已經來臨。測繪工作作為測定、采集及表述等數字化數據、信息獲取源在信息化時代的今天起著舉足輕重的作用。如何實現電力勘測的信息化、現代化是我們電力勘測工作者的夢想和追求。怎樣解決電力基礎設施的信息化,相信隨著精密單點定位技術以及網絡RKT技術的成熟發展一定精度要求下的統一坐標系統的電力勘測的信息化很快就能實現。在電力勘測信息化、數字化數據信息的獲取上同航測及衛星遙感技術相結合,將會實現電力基礎設施信息系統在全國范圍內的信息網絡系統建立和信息網絡查詢,并使得作為“數字中國”一部分的電力基礎設施的數字化、信息化、現代化成為可能。因此,精密單點定位技術和網絡RTK技術的發展必將推進電力勘測的信息化進程。

五、結語

科技是第一生產力,當今的衛星定位技術在歷經了常規RTK技術和廣域差分定位技術后,正向著以PPP技術、網絡RTK技術及網絡RTK系統為代表的第三代GPS定位技術階段,即以實時、高精度、高可靠性為方向發展,網絡化、集中式為數據服務(Data Service)典型特征的技術發展階段。PPP技術和網絡RTK技術的成熟發展,必將促進電力基礎設施的信息化進程,實現電力勘測的信息化、現代化。認真學習和掌握現代先進的測繪技術并不斷將其應用于電力勘測生產實際,才能更好的實現專業技術的信息化發展,才能夠通過技術的進步與變革,提高專業的經濟效益和社會效益,實現效益的最大化。

參考文獻:

[1]王亦、鄒璇,《靜態精密單點定位精度分析》,測繪信息與工程,Journal of Geomatics Apr. 2008,33:(2).

[2]晏紅波、黃騰,GPS網絡RTK的現狀及應用前景探討,現代空間定位技術研討交流會論文集,Vol.5,No.3,Nov.2007.

[3]李征航、何良華、吳北平,全球定位系統(GPS)技術的最新進展,第二講,網絡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。