GPS PPK 技術(shù)在測(cè)量外業(yè)中的應(yīng)用探討

梁超

引言：隨著GPS 技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)也日益成熟，RTK 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)已經(jīng)在測(cè)繪工程中得到了廣泛的應(yīng)用。常規(guī)RTK 通過(guò)電臺(tái)把基準(zhǔn)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給流動(dòng)站，由流動(dòng)站手簿在軟件系統(tǒng)內(nèi)組成載波差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，得到厘米級(jí)的3 維坐標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)RTK 是集Internet技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和GPS 定位技術(shù)于一體的第二代RTK 技術(shù)。無(wú)論是常規(guī)RTK 還是網(wǎng)絡(luò)RTK 都必須有數(shù)據(jù)通訊，其中常規(guī)RTK 通訊信號(hào)（ 電臺(tái)信號(hào)） 受周圍環(huán)境及地勢(shì)影響較大，這就使GPS 動(dòng)態(tài)測(cè)量的應(yīng)用受到一定的限制，如在山區(qū)等地勢(shì)起伏大且樹木較多時(shí)RTK 基站電臺(tái)的有效作業(yè)半徑僅僅只有3 km以內(nèi)，大大限制了作業(yè)范圍從而制約了RTK 的優(yōu)勢(shì)。動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)后處理PPK（ Post Processing Kinematic）采用快速求解整周模糊度的技術(shù)，利用2 ～ 5 歷元觀測(cè)值就可以得到厘米級(jí)的3 維坐標(biāo)。利用PPK 技術(shù)不需要基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的數(shù)據(jù)通訊，作業(yè)半徑可達(dá)到50 km 以上，在RTK 電臺(tái)信號(hào)不穩(wěn)定的情況下采用GPS PPK 進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，是對(duì)RTK 的一種重要補(bǔ)充作業(yè)方式。

1 RTK 和PPK 的作業(yè)原理

1.1 RTK 的作業(yè)原理

RTK（ Real Time Kinematic） 測(cè)量系統(tǒng)一般由三部分組成： 即GPS 接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和實(shí)施動(dòng)態(tài)測(cè)量的軟件系統(tǒng)。RTK 測(cè)量的工作原理是： 將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)置于載體（ 稱為移動(dòng)站） 上，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間、同一GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，基準(zhǔn)站所獲得的觀測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較，得到GPS 差分改正值。然后將這個(gè)改正值通過(guò)無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)及時(shí)傳遞給共視衛(wèi)星的移動(dòng)站精化其GPS 觀測(cè)值，從而得到經(jīng)差分改正后移動(dòng)站較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。

1.2PPK 的作業(yè)原理

PPK 是近些年來(lái)發(fā)展使用的測(cè)量方法，測(cè)量原理是通過(guò)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)采集最少兩個(gè)歷元的觀測(cè)時(shí)間，從而解算主站和移動(dòng)站的基線解，由于OTF 初始化時(shí)解決了整周模糊度及其他相關(guān)問(wèn)題，從而使得主站和移動(dòng)站的共同觀測(cè)時(shí)間減少到只需觀測(cè)兩個(gè)歷元。其點(diǎn)位的標(biāo)稱精度為厘米級(jí)。但是，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)定位且不知其定位精度，若內(nèi)業(yè)后處理中發(fā)現(xiàn)精度不符合要求，則必須進(jìn)行返工。技術(shù)特點(diǎn)是： 點(diǎn)位水平精度1 cm + 1 ppm 為厘米級(jí)，觀測(cè)時(shí)間短，只需兩個(gè)觀測(cè)歷元，如果設(shè)置采樣率為15 s，6 顆以上衛(wèi)星時(shí)，2 ～3 min 即可完成一次測(cè)量。即使5 顆衛(wèi)星，4～ 5 min 也可以完成一次測(cè)量（ 4 顆衛(wèi)星時(shí)無(wú)法進(jìn)行PPK 測(cè)量） 。無(wú)需電臺(tái)連接，因此不受地形限制，且作業(yè)比較簡(jiǎn)單。

2 PPK 的作業(yè)流程

2.1基準(zhǔn)站的架設(shè)

在測(cè)區(qū)中選擇任意一個(gè)適合觀測(cè)的點(diǎn)作為基準(zhǔn)站，安置一臺(tái)GPS 接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，采樣率設(shè)為1 s，2 s或5 s。基準(zhǔn)站也可以架設(shè)在已知的控制點(diǎn)上。

2.2 流動(dòng)站的設(shè)置

設(shè)置其中一臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)為流動(dòng)站，如采用Trimble接收機(jī)觀測(cè)模式設(shè)為PPK 模式，如采用其他接收機(jī)設(shè)置為常規(guī)靜態(tài)測(cè)量模式，采樣率與基準(zhǔn)站相同。

2.3觀測(cè)

采用PPK 觀測(cè)必須初始化。

1） 在測(cè)量前初始化如采用Trimble 接受接收機(jī)，觀測(cè)8 ～ 15 min，等待控制手簿顯示初始化完成，如用其他接收機(jī)連續(xù)觀測(cè)15 ～20 min，然后按照動(dòng)態(tài)測(cè)量的模式觀測(cè)待測(cè)點(diǎn)，按待測(cè)點(diǎn)精度要求一般需采集5 ～ 180 個(gè)歷元（ 歷元間隔為1 s） ，在觀測(cè)過(guò)程中流動(dòng)站須一直保持開機(jī)狀態(tài)，確保接收機(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，須重新

初始化。

2） 在測(cè)量中初始化，測(cè)量前不進(jìn)行初始化，直接測(cè)量待測(cè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)采集5 ～ 180 歷元（ 歷元間隔為1 s） ，觀測(cè)過(guò)程中一直保持開機(jī)，確保接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，一邊觀測(cè)，一邊等待初始化完成。如中途出現(xiàn)衛(wèi)星失鎖的情況，須重新初始化。若衛(wèi)星失鎖出現(xiàn)在初始化完成之前，初始化之前所測(cè)的待測(cè)點(diǎn)必須重測(cè)。為了確保精度的可靠性應(yīng)在測(cè)量過(guò)程中聯(lián)測(cè)本測(cè)區(qū)2 ～ 3 個(gè)已知控制點(diǎn)，以作檢核。

3 RTK 和PPK 的比較

3.1RTK 和PPK 的相同點(diǎn)

1） 定位精度相同。這兩種技術(shù)都可以達(dá)到厘米級(jí)的定位精度。水平精度為： 1 cm + 1 ppm； 垂直精度為： 2 cm+ 1 ppm。

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)都采用參考站加流動(dòng)站的作業(yè)模式。

3.2 RTK 和PPK 的不同點(diǎn)

1） 初始化時(shí)間不同。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·S） s，S 為基線長(zhǎng)度（ km） ； PPK 初始化時(shí)間較長(zhǎng)，在6 顆衛(wèi)星的情況下，需要不少于8 min。

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)的支持。

3） 定位作業(yè)的方式不同。RTK 采用的實(shí)時(shí)定位技術(shù)，可以在流動(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，在現(xiàn)場(chǎng)看不到點(diǎn)的坐標(biāo)，需要事后處理才能看到結(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)10 km； 運(yùn)用PPK 技術(shù)作業(yè)，一般作業(yè)半徑可以達(dá)到50 km。

5） 受衛(wèi)星信號(hào)影響的程度不同。RTK 作業(yè)時(shí)，如果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. 3 RTK 和PPK 的聯(lián)合使用

在障礙物較多的地方，RTK 作業(yè)精度可能無(wú)法滿足需要，或常失鎖，作業(yè)效率低下，甚至要返工，這時(shí)就可考慮更換作業(yè)模式。只要通知參考站、流動(dòng)站將作業(yè)模式都更換為PPK 作業(yè)模式，即可進(jìn)行PPK 作業(yè)。一旦障礙物減少，衛(wèi)星狀況良好時(shí)，可再次將作業(yè)模式換成RTK 作業(yè)模式。因?yàn)镽TK 作業(yè)效率比PPK 作業(yè)效率高，而且發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤可及時(shí)更改； 給外業(yè)人員帶來(lái)了極大的方便。

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