PPK技术在水库水下地形测量中应用

叶 伟，魏荣灏，史永忠

（1.丽水经济开发区水利服务站，浙江 丽水 3 2 3000；2.浙江省河海测绘院，浙江 杭州 31000 8；3.浙江省河口海岸重点实验室，浙江 杭州 310020）

PPK技术在水库水下地形测量中应用

叶 伟1，魏荣灏2，3，史永忠2，3

（1.丽水经济开发区水利服务站，浙江 丽水 3 2 3000；2.浙江省河海测绘院，浙江 杭州 31000 8；3.浙江省河口海岸重点实验室，浙江 杭州 310020）

RTK和CORS作为当前主流的GNSS定位手段已经广泛应用于工程测量、海洋测绘和各种水利勘测工作中。这些技术在野外工作时要求建立数据链接传播改正信息，在水利工作中容易受山区、林区等特殊地形的影响导致差分信号丢失而无法作业。主要研究利用PPK技术解决该问题，在介绍原理与作业流程的基础上，进行了精度验证，并应用于浙南某水库的水下地形测量中。

卫星导航定位；RTK技术；PPK技术；水下地形测量

1 问题的提出

随着卫星导航定位技术的不断发展，GNSSRTK(Real Time Kinematic)的作业方式已经从传统的单基站方式发展为连续运行卫星定位服务系统（Continuous Operational Reference System，简称CORS系统）。这2种作业方式都是利用载波相位测量值实现实时快速高精度差分定位功能，精度能达到厘米级。其具备定位精度高、作业效率高、全天候与自动化程度高等特点，已经被广泛应用于工程测量、海洋测绘和各种水利勘测工作中[1]。

无论是RTK还是CORS作业方式，都要求在作业时拥有实时数据链接，但在水利工作中，水库、河道等区域由于受山区、林区等特殊地形的影响，差分电文信号传播过程中可靠性、抗干扰性和可用性有所下降，经常发生信号丢失的情况，严重影响工作效率，难以保证外业进度。而PPK(Post Processing Kinematic)技术作为一种有效的替代手段，填补其不足。

2 PPK基本原理

PPK技术的工作原理是不建立数据通讯，仅利用基准站和流动站对GNSS卫星的同步观测数据经后处理解算获取高精度定位数据。一般利用1台卫星接收机作为基准站对GNSS卫星进行连续观测，另外1台或者多台卫星接收机作为流动站在初始化完成后进行数据采集工作，在作业过程中需要保持对卫星的连续跟踪，以便整周模糊度的解算。完成数据采集工作后将基准站与流动站的数据下载到计算机中进行线性组合，形成虚拟的载波相位观测量，确定接收机之间的相对位置。通过基准站的已知坐标计算出流动站的三维坐标[2]。

PPK技术采集得到的数据经后处理可获取RTK技术同等精度的数据，而PPK技术相对于RTK与CORS作业方式的主要优势在于不需要建立数据链接，仅需完成初始化工作便可进行数据采集，作业中不需要关心电台信号丢失的问题，效率较高。同时，由于作业过程中不需要数据链接，作业范围从RTK的15 km得到较大扩展，可达50 km以上[3]，基线长度控制在120 km内各分量误差基本可控制在0.05 m内[4]。此外，用户也无须采购相应的电台等设备，资金投入较少。

由于PPK技术获取的高精度定位结果需要经后处理获取，因此无法应用于放样工作，同时在作业时无法获取定位精度指标，在野外难以直观了解实时定位精度。同时，在测量过程中需要保证卫星信号的连续跟踪，一旦失锁需要重新初始化，时间一般在15 ～ 30 min，初始化效率明显低于RTK技术。

3 PPK作业流程与精度验证

3.1 P P K作业流程

当前国内外主流的GNSS测量设备都支持PPK测量模式，如国外的Trimble和Leica，国内的南方、中海达等多个厂商都推出了相应的设备和后处理解算软件。本文以Trimble的R9S和R8S接收机为例，简要介绍PPK的作业流程。

首先，在测量之前需要对接收机进行简单的配置，主要包括测量模式、观测频率和记录存储位置等。一般将R9S配置为基准站，将R8S配置为流动站，观测频率设置为1 Hz，数据存储在主机中。其次，是进行基准站设立工作。R9S作为基准站进行观测时，最好采用大地型卫星接收天线，对多路径抑制效果较好，同时尽量在已知高精度控制点上架设基站，并精确量取仪器高，若采用图根控制点可能会降低后处理解算精度。采用流动站进行作业，待R8S完成初始化工作后，便可以开始野外作业进行数据采集。所有外业工作结束后转入内业处理工作，采用的后处理软件是具备数据传输和数据解算功能的Trimble Business Center，将R9S和R8S数据导入软件中进行后处理就可以获取最终定位成果。

3.2 精度验证

为了验证PPK作业精度，选取已知高等级控制点分别采用RTK和PPK方式采集数据进行观测。观测时在同一点位上采用R9S作为基准站，在另一已知控制点上使用R8S作为流动站。数据观测的频率都为1 Hz。现将R8S流动站获取的RTK、未经PPK解算与经PPK解算的成果进行精度统计，各分量标准差见表1。从表1可见，未经PPK解算的原始数据可视为单点定位成果，精度为米级；经PPK解算后数据与RTK成果相比精度都达到了厘米级，两者的定位中误差处于同一量级。可见PPK技术的定位精度满足当前大部分测绘工作的作业要求，可用于生产实践。

表1 RTK、PPK定位精度对比表 cm

4 PPK技术在水库水下地形测量中应用

项目组在浙南某水库进行水下地形测量，该水库位于山区，库区附近高山较多；同时测区附近高等级已知控制点与库区距离较远，且库区内部分区域处于通信盲区，无法获取GPRS连接，难以采用ZJCORS(浙江省连续运行卫星定位综合服务系统)方式进行作业。在外业采集过程中发现由于控制点距离库区较远，流动站无法接收基准站信号，因此只能选用PPK方式定位。现场作业时，采用R9S作为基准站，R8S作为流动站用作水下数据定位设备，水下地形测量采用美国Odom公司的Hydrotrac单频测深仪，使用Hypack软件记录导航定位及水深数据，并同步进行人工潮位观测验证。采集完成后进行数据解算，将PPK获取的潮位数据(虚线)与人工验潮数据(实线)比较（见图1），将采用PPK技术采集的水下测量成果与采用人工潮位处理的检测线进行比较，结果见表2。从图1可见，PPK解算潮位与人工观测的潮位较差基本在5 cm内，其精度可满足三维水深测量要求。从表2可见，主测线与检查线的较差没有超过0.3 m的点，其测量精度满足相应规范[5]要求。

图1 PPK潮位与人工潮位比对图

表2 主测线与检查线测点高程比对统计表

5 结 语

本文介绍了PPK技术的原理，并与RTK技术进行比较，阐述其作业流程并进行了精度验证，验证结果表明，其定位精度符合大部分测量工作的要求。在浙南某水库进行了水下地形测量，较好解决了山区通讯信号遮挡与控制点距离较远导致RTK作业无法进行的问题，表明PPK技术在该种位置具有良好的应用前景。

[1] 李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].3版.武汉：武汉大学出版社，2016.

[2]邹进贵，陈健，余锐，等.GPS PPK技术在船舶通航试验中的应用[J].测绘通报，2012(S1)：76 - 78.

[3] 李哲，高立，乔辉.GPS PPK技术在测量外业中的应用探讨[J].测绘与空间地理信息,2012(5)：120 - 121.

[4] 畅毅，房建雪，周敏，等.PPK技术作业模式与精度分析[J].全球定位系统，2009(1)：33 - 37.

[5] 交通运输部.JTS 131 — 2012水运工程测量规范[S].北京：人民交通出版社，2012.

（责任编辑 郎忘忧）

Application of PPK in Reservoir Bathymetric Survey

Ye Wei1，WEI Rong - hao2，3，Shi Yong - zhong2，3
(1. Water service station of LiShui Economic Development Zone，Lishui 323000，Zhejiang，China；2. Zhejiang Surveying Institute of Estuary and Coast，Hangzhou 310008，Zhejiang，China；3. Key Laboratory of Estuarine and Coast of Zhejiang Province，Hangzhou 310020，Zhejiang，China)

As the main stream GNSS positioning technology，RTK and CORS have widely used in engineering survey，hydrographic surveying and charting，survey and design of water conservancy.Both of them need to setup data link to broadcast difference message.Sometimes it′s hard to work because the signal is lost by the inf l uence of hills and forests.This paper majors in how to slove this problem by PPK，f i rst introduces the principle and workf l ow，then check the positioning precision by some fi eld data，f i nally applies PPK in bathymetric survey of a reservoir in south Provice Zhejiang.The result shows that PPK has a bright future in water conservancy projects.

satellite navigation and positioning；RTK technology；PPK technology；bathymetric survey

TV698

A

1008 - 701X(2017)04 - 0072 - 02

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.04.021

2017-05-18

浙江省科技计划项目(2016F10012，2017F10008)；浙江省水利科技计划项目(RC1605)。

叶 伟(1980 - )，男，工程师，大学本科，主要从事水利工程管理。

魏荣灏(1982 - )，男，高级工程师，硕士研究生，主要从事激光雷达与多波束测深数据处理。