GPS PPK技術(shù)在地形地籍測量中的應(yīng)用

郭建華

(韶關(guān)市國土資源信息中心，廣東韶關(guān) 512026)

GPS PPK技術(shù)在地形地籍測量中的應(yīng)用

郭建華?

(韶關(guān)市國土資源信息中心，廣東韶關(guān) 512026)

GPS動態(tài)定位技術(shù)在測繪及相關(guān)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，大大提高了作業(yè)效率和定位精度。PPK是一種后處理動態(tài)定位模式，不需要數(shù)據(jù)鏈，在通訊條件受到限制的情況下能發(fā)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(yīng)用。

載波相位；整周模糊度；基準(zhǔn)站；后處理

1 前 言

GPS技術(shù)的出現(xiàn)，以其高精度、全天候、低成本、高效率等特點被廣泛應(yīng)用到測繪及其他領(lǐng)域，大大提高了測繪工作的效率，減輕了測繪工作者的外業(yè)勞動強度。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，動態(tài)測量技術(shù)也日益成熟，RTK技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)已經(jīng)在測繪工程中得到了廣泛應(yīng)用。常規(guī)RTK通過電臺把基準(zhǔn)站的觀測數(shù)據(jù)發(fā)送給流動站，由流動站手簿在軟件系統(tǒng)內(nèi)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(biāo)。網(wǎng)絡(luò)RTK是集Internet技術(shù)、無線通訊技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)和GPS定位技術(shù)于一體的第二代RTK技術(shù)。無論是常規(guī)RTK還是網(wǎng)絡(luò)RTK都必須有數(shù)據(jù)通訊，這就使GPS動態(tài)測量的應(yīng)用受到一定的限制，例如在粵北山區(qū)電臺的作用距離一般不超過5 km，部分地區(qū)手機信號微弱，網(wǎng)絡(luò)RTK失去作用。網(wǎng)絡(luò)RTK的應(yīng)用還取決于控制中心解算軟件的處理能力和穩(wěn)定性，在韶關(guān)地區(qū)利用GDCORS系統(tǒng)進行RTK作業(yè)，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(tài)測量數(shù)據(jù)后處理PPK(Post Processing Kinematic)采用快速求解整周模糊度的技術(shù)，利用2～5歷元觀測值就可以得到厘米級的三維坐標(biāo)。利用PPK技術(shù)不需要數(shù)據(jù)通訊，作業(yè)半徑可以達到15 km以上，在RTK受到限制的區(qū)域也能利用GPS進行動態(tài)測量，是對RTK的一種重要補充作業(yè)方式。

2 PPK的工作原理

利用進行同步觀測的一臺基準(zhǔn)站接收機和至少一臺流動接收機對衛(wèi)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(biāo)轉(zhuǎn)換得到流動站在地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

3 PPK的理論基礎(chǔ)

瑞士的E.Frei和G.Beutler提出了快速計算整周未知數(shù)方法(Fast Ambiguty Resolution Approach，F(xiàn)ARA)，接收機能夠區(qū)別靜止時和運動時的觀測量，并連續(xù)紀(jì)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(shù)只需要連續(xù)觀測幾分鐘來固定模糊度，靜態(tài)模式下，流動站坐標(biāo)作為非隨機量；動態(tài)模式下，流動站坐標(biāo)作為隨機量，采用Kalman濾波技術(shù)預(yù)估流動站狀態(tài)參數(shù)。

4 PPK的工作流程

4.1 基準(zhǔn)站的架設(shè)

在測區(qū)中選擇任意一個適合觀測的點作為基準(zhǔn)站，安置一臺GPS接收機進行靜態(tài)測量，采樣率設(shè)為1 s、2 s或5 s?；鶞?zhǔn)站也可以架設(shè)在已知的控制點上。

4.2 流動站的設(shè)置

設(shè)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(shè)為PPK模式，如采用其他接收機設(shè)置為常規(guī)靜態(tài)測量模式，采樣率與基準(zhǔn)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(xù)觀測15 min～20 min，然后按照動態(tài)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(wèi)星的連續(xù)跟蹤。如中途出現(xiàn)衛(wèi)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(wèi)星的連續(xù)跟蹤，一邊觀測，一邊等待初始化完成。如中途出現(xiàn)衛(wèi)星失鎖的情況，重新初始化。若衛(wèi)星失鎖出現(xiàn)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(lián)測本測區(qū)3個～5個已知控制點。

4.4 數(shù)據(jù)處理

PPK的數(shù)據(jù)處理過程與常規(guī)靜態(tài)數(shù)據(jù)處理類似，分三個步驟:

(1)基線處理，設(shè)定基站觀測數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點為參考站，其他點為流動站，解算基準(zhǔn)站至所有流動站之間的基線。

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

(3)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，利用聯(lián)測的測區(qū)已知控制點的地方坐標(biāo)系坐標(biāo)和網(wǎng)平差得到的WGS－84坐標(biāo)，進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到所有碎部點在地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

5 PPK在地形測量中的應(yīng)用實例

下面是以韶關(guān)市湞江區(qū)某土地整理項目竣工測量為例，闡述PPK的應(yīng)用情況。

測區(qū)位于離韶關(guān)市國土資源局CORS基站約15.2 km的湞江區(qū)某農(nóng)村，測繪內(nèi)容為土地整理項目的1∶2 000竣工圖測量，測區(qū)面積約1.5 km2，測區(qū)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(yè)工作，由于任務(wù)緊急，為完成測繪工作，計劃采用4臺Leica雙頻GPS接收機應(yīng)用CORS系統(tǒng)進行碎部測量。作業(yè)期間，使用CORS系統(tǒng)在下午初始化時間長，工作不穩(wěn)定，改用PPK作業(yè)模式。

作業(yè)過程:

(1)在測區(qū)中部選擇一周圍無遮擋的居民樓架設(shè)基準(zhǔn)站。設(shè)置觀測模式為靜態(tài)，采樣率為0.5 s。

(2)設(shè)置另外3臺接收機觀測模式為靜態(tài)，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(dāng)天工作結(jié)束。測量過程中聯(lián)測測區(qū)保存完好的控制點6個。

(3)數(shù)據(jù)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(dǎo)入基準(zhǔn)站和流動站數(shù)據(jù)，設(shè)置基準(zhǔn)點對應(yīng)的點為參考站，其他碎部點為流動站。設(shè)置衛(wèi)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(jù)殘差圖，編輯衛(wèi)星對應(yīng)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(yīng)的碎部點重測。從圖1、圖2中可以看出，基準(zhǔn)站長時間觀測，記錄數(shù)據(jù)，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(zhǔn)站和流動站的觀測數(shù)據(jù)對照圖

圖2 基準(zhǔn)站到流動站之間的基線解算的標(biāo)準(zhǔn)差列表

第二步網(wǎng)平差。網(wǎng)平差過程與常規(guī)靜態(tài)測量相同，PPK相當(dāng)于星型網(wǎng)的布網(wǎng)方式，沒有環(huán)閉合圖形，平差過程相對要簡單。

第三步點校正。通過聯(lián)測的測區(qū)6個控制點，求解WGS－84與地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，把所有碎部點成果轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)系成果。點校正過程與常規(guī)GPS靜態(tài)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(biāo)轉(zhuǎn)換的公共點，求得本測區(qū)的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

圖3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度表

6 結(jié) 語

通過PPK動態(tài)數(shù)據(jù)后處理的方式，可以達到1 cm＋1～2 ppm的精度，與RTK相當(dāng)，滿足地形地籍的精度要求。PPK作業(yè)模式簡單，2臺以上接收機就可以采用這種模式作業(yè)，外業(yè)操作與RTK基本相同，內(nèi)業(yè)處理與常規(guī)靜態(tài)相同。在使用PPK模式作業(yè)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(biāo)，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(wèi)星數(shù)不少于5顆，PDOP值不大于6；觀測過程保持GPS接收機對衛(wèi)星的跟蹤，避開對GPS信號有遮擋的區(qū)域，最好是采用先初始化的方式，一旦出現(xiàn)失鎖就必須重新初始化，作業(yè)距離控制在15 km～20 km以內(nèi)。

采用PPK技術(shù)進行動態(tài)GPS測量設(shè)備要求低、操作方便、技術(shù)成熟、計算過程簡單，擺脫了對電臺和網(wǎng)絡(luò)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(yè)模式，隨機購買的GPS數(shù)據(jù)處理軟件都能處理PPK數(shù)據(jù)，如TGO、LGO、Solution等，這就豐富了GPS的動態(tài)測量模式，廣大的GPS用戶可以靈活運用RTK、網(wǎng)絡(luò)RTK、PPK進行GPS動態(tài)作業(yè)，充分發(fā)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(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京:測繪出版社，1993

[2] 黃勁松，魏二虎.GPS測量操作與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2004

[3] 魏二虎.《GPS動態(tài)測量－PPK》ppt演講稿.2006

[4] 陽力，江海建，劉文建.CORS技術(shù)與GDCORS應(yīng)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。