GPS PPK 技術在測量外業中的應用探討

梁超

引言：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的應用。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3 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，其中常規RTK 通訊信號（ 電臺信號） 受周圍環境及地勢影響較大，這就使GPS 動態測量的應用受到一定的限制，如在山區等地勢起伏大且樹木較多時RTK 基站電臺的有效作業半徑僅僅只有3 km以內，大大限制了作業范圍從而制約了RTK 的優勢。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3 維坐標。利用PPK 技術不需要基準站與流動站之間的數據通訊，作業半徑可達到50 km 以上，在RTK 電臺信號不穩定的情況下采用GPS PPK 進行動態測量，是對RTK 的一種重要補充作業方式。

1 RTK 和PPK 的作業原理

1.1 RTK 的作業原理

RTK（ Real Time Kinematic） 測量系統一般由三部分組成： 即GPS 接收設備、數據傳輸系統和實施動態測量的軟件系統。RTK 測量的工作原理是： 將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于載體（ 稱為移動站） 上，基準站和移動站同時接收同一時間、同一GPS 衛星發射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS 差分改正值。然后將這個改正值通過無線電數據鏈電臺及時傳遞給共視衛星的移動站精化其GPS 觀測值，從而得到經差分改正后移動站較準確的實時位置。

1.2PPK 的作業原理

PPK 是近些年來發展使用的測量方法，測量原理是通過基準站和移動站同時采集最少兩個歷元的觀測時間，從而解算主站和移動站的基線解，由于OTF 初始化時解決了整周模糊度及其他相關問題，從而使得主站和移動站的共同觀測時間減少到只需觀測兩個歷元。其點位的標稱精度為厘米級。但是，需要進行數據后處理，不能進行實時定位且不知其定位精度，若內業后處理中發現精度不符合要求，則必須進行返工。技術特點是： 點位水平精度1 cm + 1 ppm 為厘米級，觀測時間短，只需兩個觀測歷元，如果設置采樣率為15 s，6 顆以上衛星時，2 ～3 min 即可完成一次測量。即使5 顆衛星，4～ 5 min 也可以完成一次測量（ 4 顆衛星時無法進行PPK 測量） 。無需電臺連接，因此不受地形限制，且作業比較簡單。

2 PPK 的作業流程

2.1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。

2.2 流動站的設置

設置其中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。

2.3觀測

采用PPK 觀測必須初始化。

1） 在測量前初始化如采用Trimble 接受接收機，觀測8 ～ 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 ～20 min，然后按照動態測量的模式觀測待測點，按待測點精度要求一般需采集5 ～ 180 個歷元（ 歷元間隔為1 s） ，在觀測過程中流動站須一直保持開機狀態，確保接收機對衛星的連續跟蹤。如中途出現衛星失鎖的情況，須重新

初始化。

2） 在測量中初始化，測量前不進行初始化，直接測量待測點，每個點采集5 ～ 180 歷元（ 歷元間隔為1 s） ，觀測過程中一直保持開機，確保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，須重新初始化。若衛星失鎖出現在初始化完成之前，初始化之前所測的待測點必須重測。為了確保精度的可靠性應在測量過程中聯測本測區2 ～ 3 個已知控制點，以作檢核。

3 RTK 和PPK 的比較

3.1RTK 和PPK 的相同點

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

2） 兩種技術在作業前都需要初始化。

3） 作業模式相同。兩種技術都采用參考站加流動站的作業模式。

3.2 RTK 和PPK 的不同點

1） 初始化時間不同。RTK 技術初始化的時間較短，最小初始化時間為10 s + （ 0. 5·S） s，S 為基線長度（ km） ； PPK 初始化時間較長，在6 顆衛星的情況下，需要不少于8 min。

2） 電臺支持不同。RTK 技術需要通訊電臺傳輸數據； PPK 技術不需要通訊電臺的支持。

3） 定位作業的方式不同。RTK 采用的實時定位技術，可以在流動站隨時看到測量點的坐標以及精度情況；PPK 定位屬于后處理定位，在現場看不到點的坐標，需要事后處理才能看到結果。

4） 作業半徑不同。RTK 作業不僅受到通訊電臺的制約，而且作業距離一般不超過10 km； 運用PPK 技術作業，一般作業半徑可以達到50 km。

5） 受衛星信號影響的程度不同。RTK 作業時，如果在大樹等障礙物的附近，非常容易失鎖； 而PPK 作業時，經過初始化后，一般不易失鎖。

3. 3 RTK 和PPK 的聯合使用

在障礙物較多的地方，RTK 作業精度可能無法滿足需要，或常失鎖，作業效率低下，甚至要返工，這時就可考慮更換作業模式。只要通知參考站、流動站將作業模式都更換為PPK 作業模式，即可進行PPK 作業。一旦障礙物減少，衛星狀況良好時，可再次將作業模式換成RTK 作業模式。因為RTK 作業效率比PPK 作業效率高，而且發現錯誤可及時更改； 給外業人員帶來了極大的方便。

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