GPS PPK技术在地形地籍测量中的应用

郭建华

(韶关市国土资源信息中心，广东韶关 512026)

GPS PPK技术在地形地籍测量中的应用

郭建华∗

(韶关市国土资源信息中心，广东韶关 512026)

GPS动态定位技术在测绘及相关行业得到广泛的应用，大大提高了作业效率和定位精度。PPK是一种后处理动态定位模式，不需要数据链，在通讯条件受到限制的情况下能发挥巨大的作用，弥补RTK的不足。本文介绍了PPK的工作原理及其在实际测量工作中的应用。

载波相位；整周模糊度；基准站；后处理

1 前 言

GPS技术的出现，以其高精度、全天候、低成本、高效率等特点被广泛应用到测绘及其他领域，大大提高了测绘工作的效率，减轻了测绘工作者的外业劳动强度。随着GPS技术的发展，动态测量技术也日益成熟，RTK技术、网络RTK技术已经在测绘工程中得到了广泛应用。常规RTK通过电台把基准站的观测数据发送给流动站，由流动站手簿在软件系统内组成载波差分观测值进行实时处理，得到厘米级的三维坐标。网络RTK是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理技术和GPS定位技术于一体的第二代RTK技术。无论是常规RTK还是网络RTK都必须有数据通讯，这就使GPS动态测量的应用受到一定的限制，例如在粤北山区电台的作用距离一般不超过5 km，部分地区手机信号微弱，网络RTK失去作用。网络RTK的应用还取决于控制中心解算软件的处理能力和稳定性，在韶关地区利用GDCORS系统进行RTK作业，下午初始化困难，14∶30～17∶00通常得不到固定解，得到的固定解点位精度低、较差也比较大。

动态测量数据后处理PPK(Post Processing Kinematic)采用快速求解整周模糊度的技术，利用2～5历元观测值就可以得到厘米级的三维坐标。利用PPK技术不需要数据通讯，作业半径可以达到15 km以上，在RTK受到限制的区域也能利用GPS进行动态测量，是对RTK的一种重要补充作业方式。

2 PPK的工作原理

利用进行同步观测的一台基准站接收机和至少一台流动接收机对卫星的载波相位观测量；事后在计算机中利用GPS处理软件进行线性组合，形成虚拟的载波相位观测量值，确定接收机之间厘米级的相对位置；然后进行坐标转换得到流动站在地方坐标系中的坐标。

3 PPK的理论基础

瑞士的E.Frei和G.Beutler提出了快速计算整周未知数方法(Fast Ambiguty Resolution Approach，FARA)，接收机能够区别静止时和运动时的观测量，并连续纪录，保证了采用FARA方法确定整周模糊度并保持下去。OTF(On The Flying)运动中求解模糊度的技术只需要连续观测几分钟来固定模糊度，静态模式下，流动站坐标作为非随机量；动态模式下，流动站坐标作为随机量，采用Kalman滤波技术预估流动站状态参数。

4 PPK的工作流程

4.1 基准站的架设

在测区中选择任意一个适合观测的点作为基准站，安置一台GPS接收机进行静态测量，采样率设为1 s、2 s或5 s。基准站也可以架设在已知的控制点上。

4.2 流动站的设置

设置其他一台或多台接收机为流动站，如采用Trimble接收机观测模式设为PPK模式，如采用其他接收机设置为常规静态测量模式，采样率与基准站相同。

4.3 观测

采用PPK观测必须初始化，有两种方式:

(1)在测量前初始化。如采用Trimble接受接收机，观测5 min～15 min，等待控制手簿显示初始化完成，如用其他接收机连续观测15 min～20 min，然后按照动态测量的模式观测碎部点，每个点观测2 s～5 s，观测过程中一直开机，保持接收机对卫星的连续跟踪。如中途出现卫星失锁的情况，重新初始化。

(2)在测量中初始化，测量前不进行初始化，直接测量碎部点，每个点观测2 s～5 s，观测过程中一直开机，保持接收机对卫星的连续跟踪，一边观测，一边等待初始化完成。如中途出现卫星失锁的情况，重新初始化。若卫星失锁出现在初始化完成之前，初始化之前所测的碎部点必须重测。

测量过程中联测本测区3个～5个已知控制点。

4.4 数据处理

PPK的数据处理过程与常规静态数据处理类似，分三个步骤:

(1)基线处理，设定基站观测数据所对应的点为参考站，其他点为流动站，解算基准站至所有流动站之间的基线。

(2)网平差，以GPS PPK基线向量为观测值，以其方差阵之逆为权，进行三维无约束平差，计算求定各GPS网点的WGS－84坐标并进行精度评定。

(3)坐标转换，利用联测的测区已知控制点的地方坐标系坐标和网平差得到的WGS－84坐标，进行坐标转换，得到所有碎部点在地方坐标系下的坐标。

5 PPK在地形测量中的应用实例

下面是以韶关市浈江区某土地整理项目竣工测量为例，阐述PPK的应用情况。

测区位于离韶关市国土资源局CORS基站约15.2 km的浈江区某农村，测绘内容为土地整理项目的1∶2 000竣工图测量，测区面积约1.5 km2，测区通视条件良好，周围没有无线电信号干扰。要求3天完成外业工作，由于任务紧急，为完成测绘工作，计划采用4台Leica双频GPS接收机应用CORS系统进行碎部测量。作业期间，使用CORS系统在下午初始化时间长，工作不稳定，改用PPK作业模式。

作业过程:

(1)在测区中部选择一周围无遮挡的居民楼架设基准站。设置观测模式为静态，采样率为0.5 s。

(2)设置另外3台接收机观测模式为静态，采样率为0.5 s，采用边观测边初始化的方式，测量碎部点，直到当天工作结束。测量过程中联测测区保存完好的控制点6个。

(3)数据处理采用徕卡公司的随机处理软件LGO 7.0，基本处理过程如下:

第一步基线处理，在LGO 7.0中导入基准站和流动站数据，设置基准点对应的点为参考站，其他碎部点为流动站。设置卫星高度角15°，进行基线解算，保存得到固定解的基线，对未得到固定解的基线根据残差图，编辑卫星对应的时间窗口，直到所有基线全部得到固定解，若有无法得到固定解的基线必须舍去，对应的碎部点重测。从图1、图2中可以看出，基准站长时间观测，记录数据，流动站观测1 s～5 s，基线解算精度就可以到厘米级。

图1 基准站和流动站的观测数据对照图

图2 基准站到流动站之间的基线解算的标准差列表

第二步网平差。网平差过程与常规静态测量相同，PPK相当于星型网的布网方式，没有环闭合图形，平差过程相对要简单。

第三步点校正。通过联测的测区6个控制点，求解WGS－84与地方坐标系的转换关系，把所有碎部点成果转换成地方坐标系成果。点校正过程与常规GPS静态测量的处理相同。通过比较选取其中4个兼容性比较好的点作为坐标转换的公共点，求得本测区的三维坐标转换参数。

图3 坐标转换的精度表

6 结 语

通过PPK动态数据后处理的方式，可以达到1 cm＋1～2 ppm的精度，与RTK相当，满足地形地籍的精度要求。PPK作业模式简单，2台以上接收机就可以采用这种模式作业，外业操作与RTK基本相同，内业处理与常规静态相同。在使用PPK模式作业的时候也要注意几点问题，PPK是采用后处理的方式得到厘米级的三维坐标，观测人员无法实时看到观测的精度，这就需要保证良好的观测条件:卫星数不少于5颗，PDOP值不大于6；观测过程保持GPS接收机对卫星的跟踪，避开对GPS信号有遮挡的区域，最好是采用先初始化的方式，一旦出现失锁就必须重新初始化，作业距离控制在15 km～20 km以内。

采用PPK技术进行动态GPS测量设备要求低、操作方便、技术成熟、计算过程简单，摆脱了对电台和网络通讯的依赖。目前市场上的测量型GPS接收机均可以采用PPK的作业模式，随机购买的GPS数据处理软件都能处理PPK数据，如TGO、LGO、Solution等，这就丰富了GPS的动态测量模式，广大的GPS用户可以灵活运用RTK、网络RTK、PPK进行GPS动态作业，充分发挥GPS的功能，提高工作效率。

[1] 刘基余，李征航，王跃虎等编著.全球定位系统原理及应用[M].北京:测绘出版社，1993

[2] 黄劲松，魏二虎.GPS测量操作与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社，2004

[3] 魏二虎.《GPS动态测量－PPK》ppt演讲稿.2006

[4] 阳力，江海建，刘文建.CORS技术与GDCORS应用[J].广东测绘，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

郭建华(1981—)，男，助理工程师，主要从事国土测绘工作。