精密單點(diǎn)定位（PPP）技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

衛(wèi)玉浩 高雅萍等

摘 要：文章介紹精密單點(diǎn)定位技術(shù)的定位原理，結(jié)合具體實(shí)踐，試驗(yàn)分析其可靠性，提出在測量中的具體工程應(yīng)用方法。精密單點(diǎn)定位具有傳統(tǒng)單點(diǎn)定位的靈活性和相對定位的高精度特點(diǎn)，從而節(jié)省了尋找和聯(lián)測國家等級控制點(diǎn)的大量工作，保證了控制精度，提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：精密單點(diǎn)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?yàn)榈谝粋€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(fā)展緩慢絕對定位是一個單點(diǎn)定位，PS單點(diǎn)定位是使用傳統(tǒng)的G代碼偽距觀測和測量衛(wèi)星廣播星歷的軌道參數(shù)和衛(wèi)星時鐘調(diào)整的數(shù)量。

2 精密單點(diǎn)定位

2.1 精密單點(diǎn)定位原理及優(yōu)勢

全球定位系統(tǒng)（GPS）的誕生以來，定位技術(shù)大致經(jīng)歷了以下幾個階段：靜態(tài)相對定位，準(zhǔn)靜態(tài)絕對定位，相對定位，動態(tài)相對定位和實(shí)時動態(tài)相對定位（RTK），精密單點(diǎn)定位（PPP）。在傳統(tǒng)的GPS應(yīng)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(shù)據(jù)接收機(jī)時鐘誤差、衛(wèi)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(guān)性強(qiáng)的影響力達(dá)到提高精度的目的。這種操作方式不考慮復(fù)雜的誤差模型，計(jì)算模型簡單、定位精度高的優(yōu)勢[1]。但也有一些缺點(diǎn)，比如操作需要至少一個接收器在一個已知的現(xiàn)場觀察，影響工作效率，增加了運(yùn)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(guān)性減弱，必須相應(yīng)地延長時間的觀察來達(dá)到預(yù)期的精度。

精密單點(diǎn)定位（Precise Point Positioning）是一種高精密單點(diǎn)定位技術(shù)，它只使用一個雙頻GPS接收器，結(jié)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(jì)算[2]，可以在全球任何地方高精度定位靜態(tài)或動態(tài)的基礎(chǔ)上。與傳統(tǒng)的單點(diǎn)定位絕對相比，使用精密單點(diǎn)定位（PPP）不是廣播星歷，但I(xiàn)GS提供了精確的軌道和衛(wèi)星時鐘誤差，它的絕對精度比傳統(tǒng)的單點(diǎn)定位精度較高。與相對定位相比，精密單點(diǎn)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(biāo)點(diǎn)或ITRF框架下（WGS-84坐標(biāo)）的優(yōu)點(diǎn)。[3]

在精密單點(diǎn)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(jī)鐘差；dT為GPS衛(wèi)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(shù)特性）；M為投影函數(shù)，zpd為天頂方向?qū)α鲗友舆t改正參數(shù)，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(wèi)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(shè)計(jì)矩陣，δX為待估參數(shù)，其中包括測站坐標(biāo)、接收機(jī)鐘差、無電離層組合模糊度及對流層天頂延遲改正參數(shù)。

2.2 精密單點(diǎn)定位實(shí)際應(yīng)用

2.2.1 工程簡介

本次數(shù)據(jù)來自于甘肅省隴南市武都區(qū)某個兩水隧道斜井的測量項(xiàng)目。本次觀測采用單臺GNSS雙頻接收機(jī)進(jìn)行外業(yè)觀測，選取控制網(wǎng)中一個點(diǎn)進(jìn)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(wǎng)中其它點(diǎn)一起進(jìn)行同步觀測。

本次精密單點(diǎn)定位數(shù)據(jù)解算是采用RTKLIB軟件，結(jié)合在IGS站下載的當(dāng)天的事后精密星歷文件、精密鐘差文件、地球定向參數(shù)、接收機(jī)天線相位中心偏差文件進(jìn)行解算，其配置界面如圖1所示。

2.2.2 研究方案設(shè)計(jì)

（1）分別利用甘肅省某個兩水隧道斜井的測量項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)，采用PPP技術(shù)及常規(guī)GPS網(wǎng)兩種作業(yè)方案對同一測區(qū)、同一批工作點(diǎn)分別進(jìn)行觀測。

（2）對兩組處理結(jié)果經(jīng)過分析統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行精密單點(diǎn)定位技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)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(guī)GPS靜態(tài)解算數(shù)據(jù)和精密單點(diǎn)結(jié)算數(shù)據(jù)的絕對誤差以及相對誤差，以確定精密單點(diǎn)定位是否適用于具體工程。

3 具體實(shí)施

利用精密單點(diǎn)定位（PPP）方法供布設(shè)3個工作基點(diǎn)，各點(diǎn)觀測時間為20h，觀測不受距離及同步環(huán)影響；傳統(tǒng)GPS網(wǎng)方法布設(shè)4個控制點(diǎn)編號GP01～GP04，聯(lián)測埋設(shè)的9個監(jiān)測點(diǎn)編號GZ01～GZ09，觀測時間不低于1h，同步觀測不低于3個點(diǎn)。

4 觀測數(shù)據(jù)處理

4.1 常規(guī)GPS靜態(tài)網(wǎng)平差解算

常規(guī)GPS靜態(tài)采用HGO軟件進(jìn)行解算與平差。本次測區(qū)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(shù)據(jù)比較分析，投影面高程設(shè)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(shù)a：1378137m，1/f：298.257222101。中央子午線設(shè)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(wǎng)中央子午線設(shè)為105度。平面基準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理時，將JD1、JD2的邊長投影至1440m，再進(jìn)行平差，獲得基準(zhǔn)網(wǎng)GP01～GP04的坐標(biāo)后，以GP01～GP03作為基準(zhǔn)網(wǎng)的起算邊。

天寶GPST01數(shù)據(jù)導(dǎo)為rinex格式，采用HGO進(jìn)行處理，根據(jù)GPS網(wǎng)形，采用GP01、GP03、GP04對整個工作基點(diǎn)網(wǎng)強(qiáng)制約束平差。

4.2 常規(guī)GPS靜態(tài)網(wǎng)平差結(jié)算結(jié)果

經(jīng)過解算后工作點(diǎn)GZ02平面坐標(biāo)見表1。

5 精度對比分析

5.1 平面坐標(biāo)對比分析

通過對GZ02常規(guī)GPS解算數(shù)據(jù)與精密單點(diǎn)定位解算數(shù)絕對誤差的對比見表2?？梢钥闯鰔最大誤差為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(guī)GPS解算得到的基線長度以及精密單點(diǎn)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(jié)論：精密單點(diǎn)定位適用于普通測量的平面位置測量。

5.2 結(jié)論

通過GPS相對定位監(jiān)測解算數(shù)據(jù)與精密單點(diǎn)定位解算數(shù)據(jù)的絕對誤差和相對誤差對比分析，處于同等觀測環(huán)境條件下的GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)完全可用普通測量工作中。

6 結(jié)束語

GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)不受傳統(tǒng)GPS測量中GPS網(wǎng)型和基準(zhǔn)站的影響，可單站獨(dú)立作業(yè)，而且可以獨(dú)立分析各監(jiān)測點(diǎn)的變形特征。精密單點(diǎn)定位作為一種新的定位方式，具有傳統(tǒng)單點(diǎn)定位的靈活性和相對定位的高精度特點(diǎn)。節(jié)省了人力，保證了控制精度，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]韋建超.GPS精密單點(diǎn)定位的數(shù)據(jù)處理研究[D].中南大學(xué)，2007.

[2]韋克.單頻GPS精密單點(diǎn)定位研究[D].長安大學(xué)，2010.

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

[4]季朝亮，齊中華，張力仁，等.利用精密單點(diǎn)定位（PPP）方法在黑龍江省進(jìn)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.