PPK与RTK技术在地形测量中的对比研究

PPK 与与 RTK 技术在地形测量中的对比研究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 02 1 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 2 PPK 和 RTK 作业基本原理 RTK Real time kinematic 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 Postprocessed kinematic 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 3 PPK 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 1 PPK 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 2 RTK 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 1 RTK 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 X 0 026m Y 0 011m Z 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 2 PPK 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 Trimble Geomatics Office 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 1 PPK 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 DS05 3 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