无人机PPK技术在测量中的应用

戈树兵

（徐州市国测测绘信息服务有限公司，江苏 徐州 221000）

随着无人机技术的快速发展，无人机低空航空摄影测量已经广泛应用到各种测量领域。在无人机应用到测量领域之前，传统的土石方测量是利用全站仪或者GPS-RTK进行特殊数据的采集，耗时耗力且对于一些比较危险或人员如法到达地方无法进行数据采集，所以测量结果有时偏差较大[1]。无人机测量是利用搭载在飞机上的相机进行照片拍摄内业利用软件进行数据处理获取相关数据，所以在一些人员不方便达到或环境较为危险的地方优势明显。传统无人机使用GPS单点定位，故在拍摄相片瞬间获取的位置信息精度较低，需要布设大量的像控点进行校正，效率较低[2]。无人机PPK技术是无人机数据采集完毕后对其记载的数据与基站观测的数据进行事后差分解算从而获取厘米级的精度。如果再利用坐标转换软件对解算后的数据进行坐标转换进而可得直接到地方坐标系的成果，工作效率大大提高[3]。

1 无人机PPK原理

PPK（Post Processing Kinetic）又称GPS动态差分后处理技术是利用同步观测的流动站和基准站，事后利用后处理软件进行线性组合，形成虚拟的载波相位观测值，确定流动站和基准站之间的相对关系，在已知基准站坐标的情况下获得流动站坐标的定位方法。无人机搭载高精度GNSS接收设备获取在拍照观测数据、基站观测数据及在拍照瞬间的时间戳，后期利用PPK后处理软件进行解算获取得到每张像片的正确位置信息进而得到高精度的内、外方位元素成果，更准确地进行空中三角计算。

2 作业流程

（1）像片获取。所需设备有带有高精度GNSS设备的无人机一台，高精度GNSS静态观测设备一台。在无人机工作前，先行在已知点上假设高精度GNSS静态观测设备，开机后设置观测文件名和观测频率开始静态数据采集，在基站进行静态采集20分总后再进行无人机航空摄影。

（2）PPK解算。Pen UAV PPK是励精科技有限公司推出的PPK专业计算软件。软件要求流动站数据和基站观测数据格式为BIN格式，如所获取的文件格式与此不同需进行转换。将流动站观测数据、基站观测数据和时间戳文件进行加载，输入基站的精确的WGS84坐标、基站天线高等数据后，进行后差分处理，解算完毕后结果如下图。解算结果可以清楚看到每个拍照点的位置、基站位置、拍照点解的状态。

图1 PPK解算结果

如想直接获取地方坐标系的成果需要在坐标系统中进行相关设置，包括目标椭球、中央子午线、布尔莎七参数或地方坐标系四参数并勾选使用转换参数即可。解算完毕后，导出PPK POS数据，为下一步空三解算做好准备。

（3）空三及模型数据处理。在Smart3D中将像片加入，位置信息选择PPK POS数据进行空三解算，空三解算合格后进行成果文件处理，输出格式为OSBJ格式。

（4）EPS点位数据的提取。在EPS软件中将OSBJ格式的数据文件进行格式转换，利用其三维测图功能获取所需点的三维坐标。

3 应用实例

本实例为一火电厂煤场煤池存煤体积计算。本次航飞分别采用大疆精灵4P和4RTK进行数据采集，内业处理使用Smart3D进行空三解算和模型生成，再使用EPS的三维测图功能进行高程数据的采集。

3.1 外业航飞

两台飞机的航飞高度统一为60m，航向重叠度和旁向重叠度分别为80%和75%。因为精灵4P不支持PPK，所以在项目区均匀布设了6个像控点，为了精度检查，布设了2个检查点。

3.2 内业数据处理

（1）精灵4P无人机内业数据处理

图2 4P无人机数据处理过程

（2）精灵4RTK无人机内业数据处理

图3 4RTK无人机数据处理过程

3.3 精度分析与对比

（1）精灵4P无人机。使用6个像控点进行数据处理后对2个检查点进行坐标比较，结果如下。

表1 精度分析数据处理

表2 坐标数据比较

（2）精灵4RTK无人机。没有使用像控点，直接利用PPK进行解算，利用覆盖验证区的布尔莎七参数作为坐标转换参数直接将POS坐标转换成地方坐标系成果，和2个检查点进行坐标比较，结果如下。

表3 两个点的坐标系成果

表4 两个检验点坐标比较

通过对同一试验区的对比，传统无人机在需要布设大量像控点的基础上成果精度基本满足要求，而带有PPK功能的无人机在不需要布设或者布设少量的像控点即可获取很高的精度。

3.4 土石方量计算与分析

利用EPS获取特征点的三维坐标，导入CASS10.1中，按煤池实际位置和大小分别绘制其范围线，然后利用三角网法采用图面高程进行土石方量的计算。

通过对两个无人机获取数据分别处理后，最终煤场煤炭体积计算结果相差988m3，误差率在0.4%，满足甲方要求。

图4 实际位置

图5 范围线

4 结语

通过对两种无人机获取数据进行测量，结果表明采用无人机PPK技术可以在没有大量像控点情况下获取较高精度的结果，相对于传统无人机工作效率高、机动灵活，减少人员投入，节约了生成成本。由于不需要布设大量像控点，所以不受地形限制，对于一些环境恶劣或人员不可以到达等不方便布设像控点优势尤为明显。