GPS動態測量技術的發展及應用

一、緒論

1.1 GPS的發展

隨著科學技術的發展，GPS技術在不斷的完善，GPS應用范圍也在逐漸擴大。近幾年，動態GPS-RTK的出現，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為各種控制測量、地形測圖、工程放樣帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。但是GPS-RTK技術在實際測量中必須依賴數據通信鏈，在我國還沒有得到很好的應用。

目前有些接收機儲存量加大，可以存儲連續三天的觀測數據，這有利于在一個測站作較長時間的連續觀測，使得無人值守的數據采集能夠實現，利用有效數據通訊設備，可以將采集的GPS定位數據傳送到數據處理中心，實行全自動化的GPS測量與計算并能夠實現全天候作業，可以在任何地點、任何時間連續地進行觀測工作，一般不受天氣狀況的影響。

1.2 GPS-RTK的優勢及應用

近年來，GPS接收機的小型化、小功耗給其應用于測量提供了有利的條件。在軟件方面，GPS 的基線解算、平差也有了很大的發展，這些都促使GPS 在測量中得到了較為廣泛的應用。尤其動態GPS-RTK的出現，使測量工程縮短了工期，降低了成本，減少了人員的投入，這些方面充分體現了GPS 技術較常規技術的優越性。盡管動態GPS-RTK的出現，使觀測時間縮短，人員投入減少，并且不受網形和通視等條件的影響，提高了工作效率。但是，動態GPS-RTK測量沒有靜態GPS測量的同步環、異步環及附合線路等約束條件，它是以基準站為中心呈放射狀，以支點形式分布的散點，從而無法直接衡量其觀測精度。因此，作為新生事物的動態GPS-RTK測量在實際生產中的精度成為測量界關注的重點。

GPS-RTK技術在實際測量中必須依賴數據通信鏈，即必須要有能夠實時傳輸基準站和流動站之間差分數據的介質，這就造成了，每次出去測量每個流動站必須要多帶上一個電臺，給測量帶來了極大的不便。而PPK測量技術則很好的彌補了這個缺點，PPK是屬于后處理的動態測量技術，數據在測量后進行處理，也具有很高的測量精度，可是在我國卻沒有得到很好的應用。本文將比較RTK與PPK之間的優缺點，并且提出關于PPK的改進建議。

二、PPK技術的研究現狀

PPK、半動態定位、準動態法。由于它具有精度高、投資省、速度快和易掌握等特點，非常適應于工程測量、線路測量、斷面測量和地籍測量等。在國外已廣泛用于開闊地區的控制測量、地形測量、航攝控制點測量、地籍測量、國土測量等領域。

在GPS動態測量的發展中，算法的探求一直是推進GPS技術向縱深發展的重要環節。快速解求整周模糊度是其主攻方向，確定整周模糊度的速度越快，則測量工作的效率就越高。經過專家們的不懈努力，終于在九十年代初將整周模糊度快速逼近技術FARA用于快速靜態定位，使原來需要一、二小時才能完成的觀測工作縮短到了幾分鐘，大大地提高了作業效率。國內主要是簡單的使用PPK進行諸如航測外業控制，在地表移動觀測站的應用，另外在西藏公路線路測量中也使用了PPK測量技術，因為是在高原山區作業，PPK相比較RTK而言有很大的優勢。

GPS準動態測量高程擬合精度可以滿足《全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范》規定的高程精度要求，因而，GPS準動態高程擬合代替圖根水準測量是可行的。再者，過多的起算點對GPS水準高程的精度不會有顯著的提高，也是沒有必要的。聯測的起算點最好均勻分布測區周圍，以便提高擬合精度。用GPS準動態測量代替常規方法圖根控制，平面控制和高程控制一次完成，且一站可在1分鐘左右完成，作業效率明顯提高，是常規測量所無法比擬的。

GPS動態測量技術發展到這一步，在精度、速度方面應當說得到了比較滿意的結果。然而，事物還存在另一個側面，那就是，靜態、快速靜態、準動態、動態測量模式都共同蘊含著一大缺陷，就是都必須經過測后處理才能獲得結果。一方面不能在觀測過程中及時監視觀測質量，另一方面對于那些要求實時地提供成果的場合，譬如，工程施工放樣、載體姿態與方位的測定、水下地形測量、耕作機械的導向等，后處理方式就無能為力了。所以定位的實時性問題便提到了日程上來了。

相比較RTK而言，PPK的優勢就在于：在實際測量中，如果不需要實時提供測量成果的話，使用PPK要比RTK方便很多，因為用PPK進行測量作業的時候，不需要攜帶通信裝備。在進行連續測量時，即便在測量的過程中丟失了整周模糊度，只要保證在測量最后一個點的時候鎖定了衛星，同樣可以達到厘米級的精度。RTK的初始化時間很短，但是失鎖衛星后，必須要進行重新初始化，不論是單點定位還是連續地形測量。在西藏公路線路測量中，就使用了PPK測量技術，因為是在高原山區作業，使用PPK技術進行測量，可以不需要攜帶通信裝備，也不必擔心衛星失鎖問題，所以PPK相比較RTK而言有一定的優勢。

三、GPS動態測量技術的發展現狀

可以預計，未來的測量儀器將是GPS 測量儀與全站型電子速測儀的天下。測量機器人是速測儀的發展趨向，而RTK 技術將成為GPS 測量技術的主流。就目前已有的RTK系統來說，仍然存在許多待改進發展的地方：第一方面是精度方面有待進一步提高;第二方面是整套設備體積偏大，重量偏沉。接收機、天線、通信機、電子手簿、電池等對于流動站來說，是背袱流動作業，負擔太重。這里主要是GPS接收機、通訊機的小型化與輕量化，電池采用高效輕量化產品尤其是高原山區的環境條件，能否利用衛星通信技術。還有就是無線數據傳輸設備的覆蓋范圍。

GPS動態測量技術將會有更為廣闊的發展空間。現在已經提出了廣泛應用網絡RTK，我們是不是可以在此基礎上建立網絡PPK呢？用網絡RTK進行實際測量時，3個參考站覆蓋的面積可以達到幾千平方公里，水平精度<1cm，高程精度<2cm。如果能夠實現網絡PPK，在實際測量中，其覆蓋面積肯定超過網絡RTK，在投資相對較少的情況下，達到一樣的精度。

作者簡介：秦鴻斌，男，漢族，河南省蘭考縣儀封鄉秦砦村，2000.1.21 。

（作者單位：河南測繪職業學院）