無人機PPK技術在測量中的應用

戈樹兵

（徐州市國測測繪信息服務有限公司，江蘇 徐州 221000）

隨著無人機技術的快速發展，無人機低空航空攝影測量已經廣泛應用到各種測量領域。在無人機應用到測量領域之前，傳統的土石方測量是利用全站儀或者GPS-RTK進行特殊數據的采集，耗時耗力且對于一些比較危險或人員如法到達地方無法進行數據采集，所以測量結果有時偏差較大[1]。無人機測量是利用搭載在飛機上的相機進行照片拍攝內業利用軟件進行數據處理獲取相關數據，所以在一些人員不方便達到或環境較為危險的地方優勢明顯。傳統無人機使用GPS單點定位，故在拍攝相片瞬間獲取的位置信息精度較低，需要布設大量的像控點進行校正，效率較低[2]。無人機PPK技術是無人機數據采集完畢后對其記載的數據與基站觀測的數據進行事后差分解算從而獲取厘米級的精度。如果再利用坐標轉換軟件對解算后的數據進行坐標轉換進而可得直接到地方坐標系的成果，工作效率大大提高[3]。

1 無人機PPK原理

PPK（Post Processing Kinetic）又稱GPS動態差分后處理技術是利用同步觀測的流動站和基準站，事后利用后處理軟件進行線性組合，形成虛擬的載波相位觀測值，確定流動站和基準站之間的相對關系，在已知基準站坐標的情況下獲得流動站坐標的定位方法。無人機搭載高精度GNSS接收設備獲取在拍照觀測數據、基站觀測數據及在拍照瞬間的時間戳，后期利用PPK后處理軟件進行解算獲取得到每張像片的正確位置信息進而得到高精度的內、外方位元素成果，更準確地進行空中三角計算。

2 作業流程

（1）像片獲取。所需設備有帶有高精度GNSS設備的無人機一臺，高精度GNSS靜態觀測設備一臺。在無人機工作前，先行在已知點上假設高精度GNSS靜態觀測設備，開機后設置觀測文件名和觀測頻率開始靜態數據采集，在基站進行靜態采集20分總后再進行無人機航空攝影。

（2）PPK解算。Pen UAV PPK是勵精科技有限公司推出的PPK專業計算軟件。軟件要求流動站數據和基站觀測數據格式為BIN格式，如所獲取的文件格式與此不同需進行轉換。將流動站觀測數據、基站觀測數據和時間戳文件進行加載，輸入基站的精確的WGS84坐標、基站天線高等數據后，進行后差分處理，解算完畢后結果如下圖。解算結果可以清楚看到每個拍照點的位置、基站位置、拍照點解的狀態。

圖1 PPK解算結果

如想直接獲取地方坐標系的成果需要在坐標系統中進行相關設置，包括目標橢球、中央子午線、布爾莎七參數或地方坐標系四參數并勾選使用轉換參數即可。解算完畢后，導出PPK POS數據，為下一步空三解算做好準備。

（3）空三及模型數據處理。在Smart3D中將像片加入，位置信息選擇PPK POS數據進行空三解算，空三解算合格后進行成果文件處理，輸出格式為OSBJ格式。

（4）EPS點位數據的提取。在EPS軟件中將OSBJ格式的數據文件進行格式轉換，利用其三維測圖功能獲取所需點的三維坐標。

3 應用實例

本實例為一火電廠煤場煤池存煤體積計算。本次航飛分別采用大疆精靈4P和4RTK進行數據采集，內業處理使用Smart3D進行空三解算和模型生成，再使用EPS的三維測圖功能進行高程數據的采集。

3.1 外業航飛

兩臺飛機的航飛高度統一為60m，航向重疊度和旁向重疊度分別為80%和75%。因為精靈4P不支持PPK，所以在項目區均勻布設了6個像控點，為了精度檢查，布設了2個檢查點。

3.2 內業數據處理

（1）精靈4P無人機內業數據處理

圖2 4P無人機數據處理過程

（2）精靈4RTK無人機內業數據處理

圖3 4RTK無人機數據處理過程

3.3 精度分析與對比

（1）精靈4P無人機。使用6個像控點進行數據處理后對2個檢查點進行坐標比較，結果如下。

表1 精度分析數據處理

表2 坐標數據比較

（2）精靈4RTK無人機。沒有使用像控點，直接利用PPK進行解算，利用覆蓋驗證區的布爾莎七參數作為坐標轉換參數直接將POS坐標轉換成地方坐標系成果，和2個檢查點進行坐標比較，結果如下。

表3 兩個點的坐標系成果

表4 兩個檢驗點坐標比較

通過對同一試驗區的對比，傳統無人機在需要布設大量像控點的基礎上成果精度基本滿足要求，而帶有PPK功能的無人機在不需要布設或者布設少量的像控點即可獲取很高的精度。

3.4 土石方量計算與分析

利用EPS獲取特征點的三維坐標，導入CASS10.1中，按煤池實際位置和大小分別繪制其范圍線，然后利用三角網法采用圖面高程進行土石方量的計算。

通過對兩個無人機獲取數據分別處理后，最終煤場煤炭體積計算結果相差988m3，誤差率在0.4%，滿足甲方要求。

圖4 實際位置

圖5 范圍線

4 結語

通過對兩種無人機獲取數據進行測量，結果表明采用無人機PPK技術可以在沒有大量像控點情況下獲取較高精度的結果，相對于傳統無人機工作效率高、機動靈活，減少人員投入，節約了生成成本。由于不需要布設大量像控點，所以不受地形限制，對于一些環境惡劣或人員不可以到達等不方便布設像控點優勢尤為明顯。