GPS PPK技術在地形地籍測量中的應用

郭建華

(韶關市國土資源信息中心，廣東韶關 512026)

GPS PPK技術在地形地籍測量中的應用

郭建華?

(韶關市國土資源信息中心，廣東韶關 512026)

GPS動態定位技術在測繪及相關行業得到廣泛的應用，大大提高了作業效率和定位精度。PPK是一種后處理動態定位模式，不需要數據鏈，在通訊條件受到限制的情況下能發揮巨大的作用，彌補RTK的不足。本文介紹了PPK的工作原理及其在實際測量工作中的應用。

載波相位；整周模糊度；基準站；后處理

1 前 言

GPS技術的出現，以其高精度、全天候、低成本、高效率等特點被廣泛應用到測繪及其他領域，大大提高了測繪工作的效率，減輕了測繪工作者的外業勞動強度。隨著GPS技術的發展，動態測量技術也日益成熟，RTK技術、網絡RTK技術已經在測繪工程中得到了廣泛應用。常規RTK通過電臺把基準站的觀測數據發送給流動站，由流動站手簿在軟件系統內組成載波差分觀測值進行實時處理，得到厘米級的三維坐標。網絡RTK是集Internet技術、無線通訊技術、計算機網絡管理技術和GPS定位技術于一體的第二代RTK技術。無論是常規RTK還是網絡RTK都必須有數據通訊，這就使GPS動態測量的應用受到一定的限制，例如在粵北山區電臺的作用距離一般不超過5 km，部分地區手機信號微弱，網絡RTK失去作用。網絡RTK的應用還取決于控制中心解算軟件的處理能力和穩定性，在韶關地區利用GDCORS系統進行RTK作業，下午初始化困難，14∶30～17∶00通常得不到固定解，得到的固定解點位精度低、較差也比較大。

動態測量數據后處理PPK(Post Processing Kinematic)采用快速求解整周模糊度的技術，利用2～5歷元觀測值就可以得到厘米級的三維坐標。利用PPK技術不需要數據通訊，作業半徑可以達到15 km以上，在RTK受到限制的區域也能利用GPS進行動態測量，是對RTK的一種重要補充作業方式。

2 PPK的工作原理

利用進行同步觀測的一臺基準站接收機和至少一臺流動接收機對衛星的載波相位觀測量；事后在計算機中利用GPS處理軟件進行線性組合，形成虛擬的載波相位觀測量值，確定接收機之間厘米級的相對位置；然后進行坐標轉換得到流動站在地方坐標系中的坐標。

3 PPK的理論基礎

瑞士的E.Frei和G.Beutler提出了快速計算整周未知數方法(Fast Ambiguty Resolution Approach，FARA)，接收機能夠區別靜止時和運動時的觀測量，并連續紀錄，保證了采用FARA方法確定整周模糊度并保持下去。OTF(On The Flying)運動中求解模糊度的技術只需要連續觀測幾分鐘來固定模糊度，靜態模式下，流動站坐標作為非隨機量；動態模式下，流動站坐標作為隨機量，采用Kalman濾波技術預估流動站狀態參數。

4 PPK的工作流程

4.1 基準站的架設

在測區中選擇任意一個適合觀測的點作為基準站，安置一臺GPS接收機進行靜態測量，采樣率設為1 s、2 s或5 s。基準站也可以架設在已知的控制點上。

4.2 流動站的設置

設置其他一臺或多臺接收機為流動站，如采用Trimble接收機觀測模式設為PPK模式，如采用其他接收機設置為常規靜態測量模式，采樣率與基準站相同。

4.3 觀測

采用PPK觀測必須初始化，有兩種方式:

(1)在測量前初始化。如采用Trimble接受接收機，觀測5 min～15 min，等待控制手簿顯示初始化完成，如用其他接收機連續觀測15 min～20 min，然后按照動態測量的模式觀測碎部點，每個點觀測2 s～5 s，觀測過程中一直開機，保持接收機對衛星的連續跟蹤。如中途出現衛星失鎖的情況，重新初始化。

(2)在測量中初始化，測量前不進行初始化，直接測量碎部點，每個點觀測2 s～5 s，觀測過程中一直開機，保持接收機對衛星的連續跟蹤，一邊觀測，一邊等待初始化完成。如中途出現衛星失鎖的情況，重新初始化。若衛星失鎖出現在初始化完成之前，初始化之前所測的碎部點必須重測。

測量過程中聯測本測區3個～5個已知控制點。

4.4 數據處理

PPK的數據處理過程與常規靜態數據處理類似，分三個步驟:

(1)基線處理，設定基站觀測數據所對應的點為參考站，其他點為流動站，解算基準站至所有流動站之間的基線。

(2)網平差，以GPS PPK基線向量為觀測值，以其方差陣之逆為權，進行三維無約束平差，計算求定各GPS網點的WGS－84坐標并進行精度評定。

(3)坐標轉換，利用聯測的測區已知控制點的地方坐標系坐標和網平差得到的WGS－84坐標，進行坐標轉換，得到所有碎部點在地方坐標系下的坐標。

5 PPK在地形測量中的應用實例

下面是以韶關市湞江區某土地整理項目竣工測量為例，闡述PPK的應用情況。

測區位于離韶關市國土資源局CORS基站約15.2 km的湞江區某農村，測繪內容為土地整理項目的1∶2 000竣工圖測量，測區面積約1.5 km2，測區通視條件良好，周圍沒有無線電信號干擾。要求3天完成外業工作，由于任務緊急，為完成測繪工作，計劃采用4臺Leica雙頻GPS接收機應用CORS系統進行碎部測量。作業期間，使用CORS系統在下午初始化時間長，工作不穩定，改用PPK作業模式。

作業過程:

(1)在測區中部選擇一周圍無遮擋的居民樓架設基準站。設置觀測模式為靜態，采樣率為0.5 s。

(2)設置另外3臺接收機觀測模式為靜態，采樣率為0.5 s，采用邊觀測邊初始化的方式，測量碎部點，直到當天工作結束。測量過程中聯測測區保存完好的控制點6個。

(3)數據處理采用徠卡公司的隨機處理軟件LGO 7.0，基本處理過程如下:

第一步基線處理，在LGO 7.0中導入基準站和流動站數據，設置基準點對應的點為參考站，其他碎部點為流動站。設置衛星高度角15°，進行基線解算，保存得到固定解的基線，對未得到固定解的基線根據殘差圖，編輯衛星對應的時間窗口，直到所有基線全部得到固定解，若有無法得到固定解的基線必須舍去，對應的碎部點重測。從圖1、圖2中可以看出，基準站長時間觀測，記錄數據，流動站觀測1 s～5 s，基線解算精度就可以到厘米級。

圖1 基準站和流動站的觀測數據對照圖

圖2 基準站到流動站之間的基線解算的標準差列表

第二步網平差。網平差過程與常規靜態測量相同，PPK相當于星型網的布網方式，沒有環閉合圖形，平差過程相對要簡單。

第三步點校正。通過聯測的測區6個控制點，求解WGS－84與地方坐標系的轉換關系，把所有碎部點成果轉換成地方坐標系成果。點校正過程與常規GPS靜態測量的處理相同。通過比較選取其中4個兼容性比較好的點作為坐標轉換的公共點，求得本測區的三維坐標轉換參數。

圖3 坐標轉換的精度表

6 結 語

通過PPK動態數據后處理的方式，可以達到1 cm＋1～2 ppm的精度，與RTK相當，滿足地形地籍的精度要求。PPK作業模式簡單，2臺以上接收機就可以采用這種模式作業，外業操作與RTK基本相同，內業處理與常規靜態相同。在使用PPK模式作業的時候也要注意幾點問題，PPK是采用后處理的方式得到厘米級的三維坐標，觀測人員無法實時看到觀測的精度，這就需要保證良好的觀測條件:衛星數不少于5顆，PDOP值不大于6；觀測過程保持GPS接收機對衛星的跟蹤，避開對GPS信號有遮擋的區域，最好是采用先初始化的方式，一旦出現失鎖就必須重新初始化，作業距離控制在15 km～20 km以內。

采用PPK技術進行動態GPS測量設備要求低、操作方便、技術成熟、計算過程簡單，擺脫了對電臺和網絡通訊的依賴。目前市場上的測量型GPS接收機均可以采用PPK的作業模式，隨機購買的GPS數據處理軟件都能處理PPK數據，如TGO、LGO、Solution等，這就豐富了GPS的動態測量模式，廣大的GPS用戶可以靈活運用RTK、網絡RTK、PPK進行GPS動態作業，充分發揮GPS的功能，提高工作效率。

[1] 劉基余，李征航，王躍虎等編著.全球定位系統原理及應用[M].北京:測繪出版社，1993

[2] 黃勁松，魏二虎.GPS測量操作與數據處理[M].武漢:武漢大學出版社，2004

[3] 魏二虎.《GPS動態測量－PPK》ppt演講稿.2006

[4] 陽力，江海建，劉文建.CORS技術與GDCORS應用[J].廣東測繪，2007(1)

GPS PPK Technology Application in Topographic Survey

Guo JianHua
(The Information Center of Land and Resources of Shaoguan City，Shaoguan 512026，China)

GPS dynamic positioning technology is widely used in the mapping and related industries，greatly improving the operating efficiency and positioning accuracy.PPK is a post－processing dynamic positioning mode，no data link communications conditions are restricted in the case of a great role to play to make up for lack of RTK.This article describes the working principle of PPK and its application in practical survey work.

carrier phase；ambiguity；base station；post－processing

1672－8262(2010)03－88－03

P228.43

B

2010—11—26

郭建華(1981—)，男，助理工程師，主要從事國土測繪工作。