無(wú)人機(jī)PPK技術(shù)在測(cè)量中的應(yīng)用

戈樹(shù)兵

（徐州市國(guó)測(cè)測(cè)繪信息服務(wù)有限公司，江蘇 徐州 221000）

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)低空航空攝影測(cè)量已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各種測(cè)量領(lǐng)域。在無(wú)人機(jī)應(yīng)用到測(cè)量領(lǐng)域之前，傳統(tǒng)的土石方測(cè)量是利用全站儀或者GPS-RTK進(jìn)行特殊數(shù)據(jù)的采集，耗時(shí)耗力且對(duì)于一些比較危險(xiǎn)或人員如法到達(dá)地方無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所以測(cè)量結(jié)果有時(shí)偏差較大[1]。無(wú)人機(jī)測(cè)量是利用搭載在飛機(jī)上的相機(jī)進(jìn)行照片拍攝內(nèi)業(yè)利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，所以在一些人員不方便達(dá)到或環(huán)境較為危險(xiǎn)的地方優(yōu)勢(shì)明顯。傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)使用GPS單點(diǎn)定位，故在拍攝相片瞬間獲取的位置信息精度較低，需要布設(shè)大量的像控點(diǎn)進(jìn)行校正，效率較低[2]。無(wú)人機(jī)PPK技術(shù)是無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集完畢后對(duì)其記載的數(shù)據(jù)與基站觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后差分解算從而獲取厘米級(jí)的精度。如果再利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件對(duì)解算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)而可得直接到地方坐標(biāo)系的成果，工作效率大大提高[3]。

1 無(wú)人機(jī)PPK原理

PPK（Post Processing Kinetic）又稱(chēng)GPS動(dòng)態(tài)差分后處理技術(shù)是利用同步觀測(cè)的流動(dòng)站和基準(zhǔn)站，事后利用后處理軟件進(jìn)行線(xiàn)性組合，形成虛擬的載波相位觀測(cè)值，確定流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間的相對(duì)關(guān)系，在已知基準(zhǔn)站坐標(biāo)的情況下獲得流動(dòng)站坐標(biāo)的定位方法。無(wú)人機(jī)搭載高精度GNSS接收設(shè)備獲取在拍照觀測(cè)數(shù)據(jù)、基站觀測(cè)數(shù)據(jù)及在拍照瞬間的時(shí)間戳，后期利用PPK后處理軟件進(jìn)行解算獲取得到每張像片的正確位置信息進(jìn)而得到高精度的內(nèi)、外方位元素成果，更準(zhǔn)確地進(jìn)行空中三角計(jì)算。

2 作業(yè)流程

（1）像片獲取。所需設(shè)備有帶有高精度GNSS設(shè)備的無(wú)人機(jī)一臺(tái)，高精度GNSS靜態(tài)觀測(cè)設(shè)備一臺(tái)。在無(wú)人機(jī)工作前，先行在已知點(diǎn)上假設(shè)高精度GNSS靜態(tài)觀測(cè)設(shè)備，開(kāi)機(jī)后設(shè)置觀測(cè)文件名和觀測(cè)頻率開(kāi)始靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，在基站進(jìn)行靜態(tài)采集20分總后再進(jìn)行無(wú)人機(jī)航空攝影。

（2）PPK解算。Pen UAV PPK是勵(lì)精科技有限公司推出的PPK專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件。軟件要求流動(dòng)站數(shù)據(jù)和基站觀測(cè)數(shù)據(jù)格式為BIN格式，如所獲取的文件格式與此不同需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將流動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)、基站觀測(cè)數(shù)據(jù)和時(shí)間戳文件進(jìn)行加載，輸入基站的精確的WGS84坐標(biāo)、基站天線(xiàn)高等數(shù)據(jù)后，進(jìn)行后差分處理，解算完畢后結(jié)果如下圖。解算結(jié)果可以清楚看到每個(gè)拍照點(diǎn)的位置、基站位置、拍照點(diǎn)解的狀態(tài)。

圖1 PPK解算結(jié)果

如想直接獲取地方坐標(biāo)系的成果需要在坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，包括目標(biāo)橢球、中央子午線(xiàn)、布爾莎七參數(shù)或地方坐標(biāo)系四參數(shù)并勾選使用轉(zhuǎn)換參數(shù)即可。解算完畢后，導(dǎo)出PPK POS數(shù)據(jù)，為下一步空三解算做好準(zhǔn)備。

（3）空三及模型數(shù)據(jù)處理。在Smart3D中將像片加入，位置信息選擇PPK POS數(shù)據(jù)進(jìn)行空三解算，空三解算合格后進(jìn)行成果文件處理，輸出格式為OSBJ格式。

（4）EPS點(diǎn)位數(shù)據(jù)的提取。在EPS軟件中將OSBJ格式的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，利用其三維測(cè)圖功能獲取所需點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

3 應(yīng)用實(shí)例

本實(shí)例為一火電廠(chǎng)煤場(chǎng)煤池存煤體積計(jì)算。本次航飛分別采用大疆精靈4P和4RTK進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)處理使用Smart3D進(jìn)行空三解算和模型生成，再使用EPS的三維測(cè)圖功能進(jìn)行高程數(shù)據(jù)的采集。

3.1 外業(yè)航飛

兩臺(tái)飛機(jī)的航飛高度統(tǒng)一為60m，航向重疊度和旁向重疊度分別為80%和75%。因?yàn)榫`4P不支持PPK，所以在項(xiàng)目區(qū)均勻布設(shè)了6個(gè)像控點(diǎn)，為了精度檢查，布設(shè)了2個(gè)檢查點(diǎn)。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

（1）精靈4P無(wú)人機(jī)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

圖2 4P無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理過(guò)程

（2）精靈4RTK無(wú)人機(jī)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

圖3 4RTK無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理過(guò)程

3.3 精度分析與對(duì)比

（1）精靈4P無(wú)人機(jī)。使用6個(gè)像控點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后對(duì)2個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)比較，結(jié)果如下。

表1 精度分析數(shù)據(jù)處理

表2 坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較

（2）精靈4RTK無(wú)人機(jī)。沒(méi)有使用像控點(diǎn)，直接利用PPK進(jìn)行解算，利用覆蓋驗(yàn)證區(qū)的布爾莎七參數(shù)作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)直接將POS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)系成果，和2個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)比較，結(jié)果如下。

表3 兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)系成果

表4 兩個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)比較

通過(guò)對(duì)同一試驗(yàn)區(qū)的對(duì)比，傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)在需要布設(shè)大量像控點(diǎn)的基礎(chǔ)上成果精度基本滿(mǎn)足要求，而帶有PPK功能的無(wú)人機(jī)在不需要布設(shè)或者布設(shè)少量的像控點(diǎn)即可獲取很高的精度。

3.4 土石方量計(jì)算與分析

利用EPS獲取特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，導(dǎo)入CASS10.1中，按煤池實(shí)際位置和大小分別繪制其范圍線(xiàn)，然后利用三角網(wǎng)法采用圖面高程進(jìn)行土石方量的計(jì)算。

通過(guò)對(duì)兩個(gè)無(wú)人機(jī)獲取數(shù)據(jù)分別處理后，最終煤場(chǎng)煤炭體積計(jì)算結(jié)果相差988m3，誤差率在0.4%，滿(mǎn)足甲方要求。

圖4 實(shí)際位置

圖5 范圍線(xiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)兩種無(wú)人機(jī)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明采用無(wú)人機(jī)PPK技術(shù)可以在沒(méi)有大量像控點(diǎn)情況下獲取較高精度的結(jié)果，相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)工作效率高、機(jī)動(dòng)靈活，減少人員投入，節(jié)約了生成成本。由于不需要布設(shè)大量像控點(diǎn)，所以不受地形限制，對(duì)于一些環(huán)境惡劣或人員不可以到達(dá)等不方便布設(shè)像控點(diǎn)優(yōu)勢(shì)尤為明顯。