GPS-PPK在航測(cè)中的應(yīng)用

楊曉磊，代巨鵬，王軍

（陜西省煤田物探測(cè)繪有限公司，西安710054）

GPS-PPK在航測(cè)中的應(yīng)用

楊曉磊，代巨鵬，王軍

（陜西省煤田物探測(cè)繪有限公司，西安710054）

隨著RTK技術(shù)的日趨成熟，在航空攝影測(cè)量中已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用中，往往由于工作量巨大而受到限制。PPK是一種動(dòng)態(tài)后處理定位模式，不僅精度可以滿足航測(cè)的要求，使工作效率得到大幅度提高，而且不受通訊條件的限制。論文介紹了PPK技術(shù)的工作原理及其在航測(cè)工作中的應(yīng)用。

航測(cè)；載波相位；GPS；PPK

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.079

1 GPS-RTK概述

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量系統(tǒng)，是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新突破。RTK測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，其基本原理是：在基準(zhǔn)站上設(shè)置1臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無(wú)線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)解算整周模糊度未知數(shù)并計(jì)算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。RTK在保障工作效率的同時(shí)，可以實(shí)時(shí)提供厘米級(jí)的精度數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，RTK技術(shù)包括3方面：基準(zhǔn)站，流動(dòng)站，數(shù)據(jù)鏈。在小范圍或者開闊的區(qū)域，RTK的作業(yè)半徑可以達(dá)到10km甚至15km，但是在大范圍航測(cè)工作中，RTK的優(yōu)勢(shì)就不太明顯，因此，動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)后處理PPK（Post Processing Kinematic）應(yīng)運(yùn)而生。作為RTK技術(shù)的重要發(fā)展，PPK采用快速求整周模糊度的技術(shù)，利用2～5個(gè)歷元觀測(cè)值就可以得到厘米級(jí)的三維坐標(biāo)，不受通訊及地形的限制，且作業(yè)半徑可以達(dá)到15km以上。

2 PPK的工作原理

利用進(jìn)行同步觀測(cè)的1臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī)和至少1臺(tái)流動(dòng)站接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在計(jì)算機(jī)中利用GPS處理軟件進(jìn)行現(xiàn)象組合，形成虛擬的載波相位觀測(cè)量值，確定接收機(jī)中間厘米級(jí)的相對(duì)位置，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到流動(dòng)站在地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo)[2]。

3 PPK的工作流程

3.1 基準(zhǔn)站的架設(shè)

在測(cè)區(qū)中選擇合適的已知點(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1s。

3.2 流動(dòng)站的設(shè)置

設(shè)置其他一臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)為流動(dòng)站，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。隨后，將GPS接收機(jī)固定在車的頂棚上，量取天線高。

3.3 觀測(cè)

首先，對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行初始化，初始化時(shí)間為30min，然后讓車在測(cè)區(qū)內(nèi)勻速行駛，一般車速控制在30～40km/h，避免因車晃動(dòng)引起的誤差。時(shí)刻觀察接收機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，在過隧道或是天橋后，再將接收機(jī)初始化。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

利用Trimble的TBC軟件將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，然后對(duì)基線向量進(jìn)行解算，并對(duì)不合格的基線向量進(jìn)行精化處理，直至最后滿足限差要求。接著對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，平差完后，將數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)出，并與利用全站儀數(shù)字化測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比[1]。

4 案例分析

某縣城周邊要對(duì)1∶2000地形圖進(jìn)行修補(bǔ)測(cè)，面積為120km2，要求測(cè)區(qū)內(nèi)所有的硬化路面都要有高程數(shù)據(jù)，并且要求高程誤差不能超過50cm。

由于測(cè)區(qū)在縣城周邊，面積有120km2，不僅面積大，而且道路縱橫，大小硬化路有上百條，總長(zhǎng)大于100km。如果由人工RTK測(cè)量，每天的工作量也只有不到10km，不僅工作人員受不了，并且工作效率低。而且當(dāng)時(shí)施測(cè)時(shí)期，又是當(dāng)?shù)氐挠昙?，更是影響效率。因此，我們選用了PPK測(cè)量。

PPK測(cè)量過程按照上述流程執(zhí)行，在測(cè)量結(jié)束后，我們又對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行了高程檢驗(yàn)，即：在測(cè)區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取幾條路面進(jìn)行全站儀數(shù)字化測(cè)量，成果與PPK測(cè)量成果進(jìn)行比對(duì)，如表1，表2所示。

表1 第一條道路全站儀成果與PPK成果對(duì)比m

表2 第二條道路全站儀成果與PPK成果對(duì)比第二條道路m

從上述結(jié)果可以看出，第一、二條道路都存在著系統(tǒng)誤差，這可能由以下幾方面的原因?qū)е拢?/p>

1）流動(dòng)站測(cè)量高程存在偏差；

2）路面不平，導(dǎo)致車輛晃動(dòng)；

3）路面存在著較大的坡度。

經(jīng)過實(shí)地勘察，第二條道路的坡度較大，第一條道路的路面有階段性的起伏。鑒于此，我們對(duì)第一、二條道路進(jìn)行校正，校正的標(biāo)準(zhǔn)是：去掉最大值，去掉最小值，然后取平均值，再用算取的改正數(shù)，應(yīng)用到相應(yīng)的道路上去，然后用道路的其他點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，成果對(duì)比如表3、表4所示。

Application of GPS-PPK in Aerial Survey

YANG Xiao-lei，DAI Ju-peng，WANG Jun
(ShaanxiCoalfieldGeophysicalSurveyingandMappingCo.Ltd.,Xi'an 710054,China)

AstheRTKtechnologyisgettingmature,itiswidelyusedinaerialphotogrammetry.Butitisoftenlimitedduetothehugeworkload inpracticalapplication.PPKisadynamicpost-processinglocationmode.Ononehand,itsprecisioncanmeettherequirementsofaerialsurvey,so the work efficiency can be greatlyimproved.On the other hand,it is free of the limit of communication conditions.This paper introduces the principleofPPKtechnologyandtheapplicationinaerialsurvey.

aerialsurvey;carrierphase;GPS;PPK

表3 校正后的第一條道路全站儀成果與PPK成果對(duì)比m

P231.5

B

1007-9467（2016）10-0178-03

楊曉磊（1984～），男，山西運(yùn)城人，工程師，從事GPS數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用研究。