PPK与RTK技术在地形测量中的对比研究

PPK与RTK技术在地形测量中的对比研究摘要:通过介绍PPK和RTK的作业原理和系统组成，分别论述了PPK和RTK技术在汉江孤山电站站址地形测量中的作业方法、测量实施、数据处理以及技术统计与分析等，明确了PPK和RTK技术的优缺点，提出了PPK技术的应用前景和对PPK技术进行研究的实际意义。如果PPK技术与RTK技术混合使用，就能够在接收无线电信号时用RTK;不能接收无线电信号或无线电信号不稳定、RTK不能固定时就采用PPK，测量工作将更加方便。关键词:PPK技术;RTK技术;地形测量;孤山电站中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:1001-4179（2008）12-0073-021概述随着GPS技术的迅速发展，RTK技术的应用日趋成熟，实践证明，RTK技术完全可以作为施测较大比例尺的图根控制，给测绘工作带来巨大的便利。但在控制点相对稀少、电台数据传输受阻或是在不利于开展RTK作业时，人们又重新陷入施测加密控制的困惑之中，而同样便捷的PPK技术却很少有人使用，因此对PPK技术进行应用研究具有重要的现实意义。前不久，笔者参加了汉江孤山水电站站址1/500地形测量。汉江孤山水利枢纽地处江汉平原边缘山区向大巴山系过渡地段，地形崎岖，岩高沟深，植被茂密，汉江江水湍急，属高山地;行政隶属湖北省十堰市，汉江左右岸各有1条公路贯通测区，交通、通讯比较便利。所测电站站址区地形为大比例尺测图，站址区两岸图根点全部由RTK技术施测平面位置，并由四等水准接测高程，同时，为进行PPK技术的应用研究，使用PPK技术重复观测了部分测点。2PPK和RTK作业基本原理RTK（Real-timekinematic）是实时相位差分定位模式，需架设基准站，并用电台实时传输数据，可实时得到待测点的精确坐标，有效距离可达15km;PPK（Postprocessedkinematic）是动态测量后处理模式，需有参考站记录GPS数据，但不需电台实时传输，事后处理，不考虑电离层影响，有效距离达80km以上。RTK技术是以载波相位观测测量差分为根据的实施动态定位技术，测量精度达到厘米级。它的基本原理是:基准站、流动站同时接收4颗以上的相同GPS卫星（初始化需要5颗），基准站设在已知坐标的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站WGSW-84系参考坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链实时地发送给流动站。流动站接受卫星信号和基准站发送的无线电信号，采用OTF算法求解载波相位整周模糊度，并根据相对定位原理，实时获得WGS-84系坐标，并转换出人们需要的坐标信息。PPK技术和RTK技术一样，都属于高精度动态定位技术，均需要在已知点上设立基准站，而PPK技术只需按照流动站GPS记录间隔（如采样间隔5s或10s）记录数据。在PPK模式下，流动站也必须进行初始化以求解整周模糊度及卫星至GPS天线波长数，并在动态中（运动中）快速初始化，求得整周模糊度的固定解仅不到1min。PPK技术是基于快速静态GPS星型网的测量方式，无法实时得到三维坐标，成果是在室内经基线解算、平差完成。3PPK和RTK的系统组成PPK的系统组成非常简单，包括基准站和流动站两部分，而RTK系统则是由基准站、流动站和数据链组成，两个系统最大的不同就是数传电台的使用与否，如图1、2所示。图1PPK系统组成众所周知，GPS主机的用电量非常小，而数传电台的功率非常大，耗电量也较大，从PPK系统组成图和RTK系统组成图就可看出，PPK系统比RTK系统少了1组数传电台，对野外作业时的供电系统要求很低，只要满足GPS主机用电即可。图2RTK系统组成4作业方法和数据处理在汉江孤山电站站址1/500地形测量工作中，首期控制网是由别的单位施测的，因此只需加密图根控制，经过踏勘，选定大致位于测区尾部的GD12作为架站点，用RTK技术施测图根控制的平面控制，用四等几何水准施测图根点高程。后来采用PPK的作业模式复测了部分图根控制。为更好控制成果精度，在进行RTK和PPK作业时，均是采用带高程测量的方式作业。4.1RTK的作业流程首先设定测区椭球参数及转换参数，本测区为大比例尺水利枢纽工程用途，控制要求投影至167m高程面上，因此需要首先求解各种参数;然后假设基准站，GPS卫星接收天线强制对中，并量取两次天线高，两次量取值相差不大于2mm，否则重新量取;然后启动基准站，启动流动站，到另一已知控制点GD11上比测，比测结果:ΔX=0.026m，ΔY=0.011m，ΔZ=0.002m，比测结果完全满足规范要求;将流动站移至待测点，当载波相位的整周模糊度未知数解算得到固定解，解算结果的变化趋于稳定，且手簿显示精度满足《技术设计书》的要求（平面为5mm，高程为11mm）时，便将解算结果存入电子手簿，结束该站点的观测。每一点观测历时不小于120s。4.2PPK的作业流程PPK野外操作同RTK的野外操作有很大的相似性。因在同一个测区，又是观测相同点位，椭球参数和转换参数按照RTK作业的参数设置;架设基准站时GPS卫星接收天线强制对中，并量取两次天线高，两次量取值相差不大于2mm，否则重新量取;然后启动基准站，使GPS主机进入PPK测量模式并开始采集数据;将流动站移至使用RTK技术观测过的点位，设置PPK流动站取得固定解的时间为3min，将GPS卫星接收天线保持稳定，取得固定解;解算结果的变化趋于稳定时，便开始进行PPK观测，将解算结果存入电子手簿，结束该站点的观测。每一点观测历时不少于30s。4.3数据处理RTK及PPK数据的传输与解算都是利用TGO（TrimbleGeomaticsOffice）软件完成，RTK数据输入计算机后直接输出成果报告，PPK数据要经过基线解算和平差后才能输出成果。5技术统计与分析为施测岸上地形，共施测了54个RTK图根点，分布于河岸两侧，对左岸及河中孤岛上25点进行了PPK重复观测。如表1统计。表1PPK、RTK与水准成果对比统计分析m需要说明的是，本次测验操作均为手扶单杆进行，若改善作业方法，使用强制对中措施固定GPS卫星接收天线，定能取得更好的效果。在进行PPK观测时，DS01、DS03和DS053点是在只有4颗卫星的情况下进行的观测，点位信息将不列入统计。从表1可以看出，PPK同RTK一样具有稳定的平面定位能力，最大的点位差为0.044m，具有较高的精度;在小范围的区域内，不考虑高程异常的影响，PPK同样能精密测出测点高程，PPK高程同RTK高程相比，高程差值最大为0.063m;PPK高程同水准相比，高程最大相差0.080m，RTK高程同水准高程相比，高程最大相差0.060m。从这些统计信息中可以确定:PPK同RTK的三维坐标精度均符合规范要求，满足测图需要。6结语本文分别从作业原理、系统组成、数据处理及精度统计等方面对PPK技术与RTK技术进行了对比，可以确定，PPK技术具有以下优点:（1）PPK可以得到厘米级的测量成果，测点历时比RTK作业缩短，提高了GPS作业效率。（2）PPK不需要电台，彻底摆脱了电台传输距离的限制，有效作业距离增大，在测区控制稀少的情况下不需观测GPS静态控制即能布设图根控制，保证作业进度。（3）PPK仅需GPS主机和天线，携带方便。在不需要现场得到点位坐标信息时采用PPK技术比采用RTK技术更有利于外业作业，更有利于提高经济效益。参考文献:［1］刘基余，李征航，王跃虎等.全球定位系统原理及其应用.北京:测绘出版社，1993.［2］谌业良，姜晓晖.双频GPSPPK技术在西藏公路线路测量中的应用.水道港口，2002，（6）.［3］许家琨，欧阳永忠等.双频GPSPPK技术在沿岸海道测量中的应用.海洋测绘，2004，（11）.作者简介:李光辉，男，长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，工程师。