精密單點定位（PPP）技術在實際生產中的應用研究

衛玉浩 高雅萍等

摘 要：文章介紹精密單點定位技術的定位原理，結合具體實踐，試驗分析其可靠性，提出在測量中的具體工程應用方法。精密單點定位具有傳統單點定位的靈活性和相對定位的高精度特點，從而節省了尋找和聯測國家等級控制點的大量工作，保證了控制精度，提高了工作效率。

關鍵詞：精密單點定位；GPS差分定位；精度

1 概述

GPS自投入使用以來，其相對定位的定位方法是快速增長，因為第一個代碼相對定位RTK和差異的相對定位，GPS相對定位的精度不斷提高。但發展緩慢絕對定位是一個單點定位，PS單點定位是使用傳統的G代碼偽距觀測和測量衛星廣播星歷的軌道參數和衛星時鐘調整的數量。

2 精密單點定位

2.1 精密單點定位原理及優勢

全球定位系統（GPS）的誕生以來，定位技術大致經歷了以下幾個階段：靜態相對定位，準靜態絕對定位，相對定位，動態相對定位和實時動態相對定位（RTK），精密單點定位（PPP）。在傳統的GPS應用程序中，通常使用相對定位的操作模式，消除形式雙差觀測數據接收機時鐘誤差、衛星時鐘誤差的公共和削弱對流層延遲，電離層延遲誤差相關性強的影響力達到提高精度的目的。這種操作方式不考慮復雜的誤差模型，計算模型簡單、定位精度高的優勢[1]。但也有一些缺點，比如操作需要至少一個接收器在一個已知的現場觀察，影響工作效率，增加了運營成本。此外隨著距離的增加，電離層延遲、對流層延遲誤差相關性減弱，必須相應地延長時間的觀察來達到預期的精度。

精密單點定位（Precise Point Positioning）是一種高精密單點定位技術，它只使用一個雙頻GPS接收器，結合從IGS站下載精密星歷和精密鐘差文件，使用觀察的偽距和載波相位觀測值計算[2]，可以在全球任何地方高精度定位靜態或動態的基礎上。與傳統的單點定位絕對相比，使用精密單點定位（PPP）不是廣播星歷，但IGS提供了精確的軌道和衛星時鐘誤差，它的絕對精度比傳統的單點定位精度較高。與相對定位相比，精密單點定位有一個站可以工作，沒有基線長度的限制，可以單歷元算法，直接訪問的3d坐標點或ITRF框架下（WGS-84坐標）的優點。[3]

在精密單點定位中，通常采用雙頻無電離層組合觀測值組成觀測方程：

lp=ρ+c（dt-dT）+M-zpd+εp

l=ρ+c（dt-dT）+amd+M-zpd+ε （1）

其中：lp為P1和P2的無電離層偽距組合觀測值；l為L1和L2無電離層相位組合觀測值（距離）；dt為地面GPS接收機鐘差；dT為GPS衛星鐘差；c為真空中的光速；amd為無電離層組合相位觀測值（距離）的模糊度（不具有整數特性）；M為投影函數，zpd為天頂方向對流層延遲改正參數，εp和ε分別為兩種組合觀測值的觀測噪聲和多路徑誤差；ρ為測站（Xr，Yr，Zr）和GPS衛星（Xs，Ys，Zs）間的幾何距離：

ρ=（Xs-Xr）2+（Ys-Yr）2+（Zs-Zr）2 （2）

將（1）式線性化后可得到觀測誤差方程：

V=AδX+W （3）

式中：A為設計矩陣，δX為待估參數，其中包括測站坐標、接收機鐘差、無電離層組合模糊度及對流層天頂延遲改正參數。

2.2 精密單點定位實際應用

2.2.1 工程簡介

本次數據來自于甘肅省隴南市武都區某個兩水隧道斜井的測量項目。本次觀測采用單臺GNSS雙頻接收機進行外業觀測，選取控制網中一個點進行觀測，最少觀測一個時段，時段長度可選6～12h，也可與控制網中其它點一起進行同步觀測。

本次精密單點定位數據解算是采用RTKLIB軟件，結合在IGS站下載的當天的事后精密星歷文件、精密鐘差文件、地球定向參數、接收機天線相位中心偏差文件進行解算，其配置界面如圖1所示。

2.2.2 研究方案設計

（1）分別利用甘肅省某個兩水隧道斜井的測量項目中的數據，采用PPP技術及常規GPS網兩種作業方案對同一測區、同一批工作點分別進行觀測。

（2）對兩組處理結果經過分析統計，進行精密單點定位技術在實際工程中的應用可行性研究。通過分析比較2014年11月、12月和2015年1月、2月、3月五個月的常規GPS靜態解算數據和精密單點結算數據的絕對誤差以及相對誤差，以確定精密單點定位是否適用于具體工程。

3 具體實施

利用精密單點定位（PPP）方法供布設3個工作基點，各點觀測時間為20h，觀測不受距離及同步環影響；傳統GPS網方法布設4個控制點編號GP01～GP04，聯測埋設的9個監測點編號GZ01～GZ09，觀測時間不低于1h，同步觀測不低于3個點。

4 觀測數據處理

4.1 常規GPS靜態網平差解算

常規GPS靜態采用HGO軟件進行解算與平差。本次測區中的山體由于體坡度陡、高差大，高差引起的邊長變形值較大，為便于數據比較分析，投影面高程設為海拔1440米，按高斯-克呂格3度帶方式投影，橢球體GRS1980（IUGG1980）參數a：1378137m，1/f：298.257222101。中央子午線設為105度時，該投影方式引起的變形值在1.3mm/km左右，山體位置的投影變形值相對較小且近似均勻，故GPS控制網中央子午線設為105度。平面基準網數據處理時，將JD1、JD2的邊長投影至1440m，再進行平差，獲得基準網GP01～GP04的坐標后，以GP01～GP03作為基準網的起算邊。

天寶GPST01數據導為rinex格式，采用HGO進行處理，根據GPS網形，采用GP01、GP03、GP04對整個工作基點網強制約束平差。

4.2 常規GPS靜態網平差結算結果

經過解算后工作點GZ02平面坐標見表1。

5 精度對比分析

5.1 平面坐標對比分析

通過對GZ02常規GPS解算數據與精密單點定位解算數絕對誤差的對比見表2。可以看出x最大誤差為6.82cm，最小誤差為0.26cm，y最大誤差為9.49cm，最小誤差為4.33cm。對GP01-GZ02的用常規GPS解算得到的基線長度以及精密單點定位得算出的基線長度的相對誤差分析如表3，可以看出兩種方法的基線長度的相對誤差最大為11mm最小為1.1mm，符合精度要求，可得出結論：精密單點定位適用于普通測量的平面位置測量。

5.2 結論

通過GPS相對定位監測解算數據與精密單點定位解算數據的絕對誤差和相對誤差對比分析，處于同等觀測環境條件下的GPS精密單點定位技術完全可用普通測量工作中。

6 結束語

GPS精密單點定位技術不受傳統GPS測量中GPS網型和基準站的影響，可單站獨立作業，而且可以獨立分析各監測點的變形特征。精密單點定位作為一種新的定位方式，具有傳統單點定位的靈活性和相對定位的高精度特點。節省了人力，保證了控制精度，提高了工作效率。

參考文獻

[1]韋建超.GPS精密單點定位的數據處理研究[D].中南大學，2007.

[2]韋克.單頻GPS精密單點定位研究[D].長安大學，2010.

[3]王虎.GPS精密單點定位中電離層延遲改正模型的研究與分析[D].中南大學，2008.

[4]季朝亮，齊中華，張力仁，等.利用精密單點定位（PPP）方法在黑龍江省進行1∶10000像片控制測量的精度分析[J].測繪與空間地理信息，2014，10：234-236+242.