RTK技术结合PPK技术在像控点测量中的应用

龚真春

（兰州天地测绘信息有限公司，甘肃兰州730020）

利用RTK技术作业时，不论是常规RTK技术，还是网络RTK技术，虽然都能方便快捷、实时地获取测量点位的三维坐标和质量信息，但前提是必须在流动站和基准站之间、流动站和CORS控制中心之间建立实时通讯链路[1]。常规RTK技术受地形条件、电台功率及数据链传输质量的影响大，作业距离短，需不停变换基准站；而网络RTK在应用上还很大程度地取决于无线信号的覆盖范围与强弱，以及控制中心解算软件的处理能力和稳定性[2]。以上诸多因素从不同程度上制约着RTK技术的应用。

PPK是一种GNSS动态数据后处理技术，摆脱了对电台和网络通讯的依赖，不受地形的限制，在作业范围60km内，流动站观测10～30s，对流动站与基准站 GNSS接收机所采集的原始观测数据进行事后处理，可达到厘米级测量精度[3]。文章以某地区无人机1：2000地形图像控点测量任务为例，将PPK技术作为常规RTK测量的补充手段进行像控点测量，取得了较为满意的作业效果。

1 PPK测量技术的工作原理

PPK(Post-Processing Kinematic)技术，即动态后处理技术，是利用载波相位进行事后差分的GNSS定位技术，又称半动态法、准动态法、停停走走法[4]。类似常规RTK测量系统，PPK测量系统也是由基准站和流动站组成，只是用户不需要配备数据通讯链路，如图1所示。其工作原理是，使用一台基准站接收机和至少一台流动站接收机，保持基准站和流动站连续同步观测可见卫星，形成对卫星的载波相位观测量；观测结束后利用GNSS软件进行数据处理，计算出流动站和基准站之间的空间相对位置；最后在软件里固定基准站的已知坐标，平差得到流动站的坐标[5]。

图1 PPK技术工作原理

值得提及的是，PPK技术并不是一种新型的GNSS测量技术，自出现以来，在国内没有得到用户的重视和应用上的普及。然而，随着GNSS软硬件技术、数据处理技术的发展，以及RTK技术的不足越来越明显，特别是无人机摄影测量技术的日趋成熟，应用更趋于大范围、高效率的作业，实践应用表明PPK技术是一种更适合搭载在无人机上的空间定位技术，具有更好的应用前景，使得PPK技术再次回到了人们的视线之中。目前，各主流品牌GNSS接收机(天宝、拓普康、南方、中海达等)、无人机都具有PPK作业和数据处理功能。

PPK测量作业模式和数据处理过程简单，其基本作业流程如图2所示。

图2 PPK技术作业基本流程

2 常规RTK技术同PPK技术比较

有关常规RTK基本原理和作业方法，不再赘述。两种测量技术比较如下。

2.1 相同点

1）定位精度相同。两种技术都可以达到厘米级的定位精度。水平精度为:1cm+1ppm，垂直精度为:2 cm+1ppm。

2）两种技术在作业前都需要初始化。

3）作业模式相同。两种技术都采用参考站加移动站的作业模式。

2.2 不同点

1）初始化时间不同。均与卫星信号的强弱有关，RTK技术初始化的时间较短，最小初始化时间为10 s+(0.5·D)s，D 为基线长度(km)；PPK 技术初始化时间较长，一般初始化的时间为5～15min，在6颗卫星的情况下，需要不少于8min。

2）电台支持不同。RTK技术需要通讯电台传输数据；PPK技术不需要通讯电台支持。

3）定位作业的方式不同。RTK采用的实时定位技术，在流动站随时看到测量点的坐标以及精度情况；PPK定位属于后处理定位，现场看不到点的坐标信息，需要事后处理才能得到结果。

4）作业半径不同。RTK作业不仅受到通讯电台的制约，而且作业距离一般不超过10km；PPK技术作业，一般作业半径可以达到50km。

5）受卫星信号影响的程度不同。RTK作业时，在大树等障碍物的附近，非常容易失锁；而PPK作业时，经过初始化后，一般不易失锁。

3 实例验证及分析

某测区面积约4.2km2，西北部为丘陵，树林、植被较密，其余地势平坦、树林稀少。现利用无人机低空摄影测量完成1：2000地形图测制任务，根据设计要求，在测区内均匀布设了10个像控点。仪器采用3台天宝GNSS接收机。

3.1 基准点测量

测区内选定3个临时基准点，CGCS2000平面坐标采用GNSS静态测量模式，联测甘肃省CORS站；高程采用测区似大地水准面精化资料计算得到正常高成果。GNSS静态观测数据解算、坐标和高程成果委托第三方完成。

3.2 像控点测量

对测区内地势平坦、树林稀少所布设的7个像控点利用常规RTK技术完成；对西北部丘陵带布设的3个像控点利用PPK技术完成。像控点测量时，GNSS接收机天线安放在基座内，并用三脚架进行精确对中，严格整平。观测过程中流动站一直开机，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，则重新初始化。PPK测量模式时，基准站与移动站采样率均设置为1s，流动站初始化完成后，观测时长为60s。

为便于后续验证分析，观测结束后，对采用PPK技术测量的3个像控点利用双基准站静态观测法进行检测；对采用RTK技术测量的7个像控点再利用PPK技术进行了观测。

3.3 结果分析

利用PPK技术测量的3个像控点同采用双基准站静态观测法的结果比较统计见表1。

表1 PPK同双基准测量结果比较统计表

由表1可看出，用双基准站静态观测法检查时，平面坐标x相差最大为3.1cm，y坐标相差最大为2.7cm，高程最大相差为9.1cm。说明使用PPK技术满足观测条件时，短时间内精度可达到像控点测量的精度要求。由表2可看出，通过在能收到差分信号的像控点上，使用PPK所测定的平面精度与RTK测定的平面精度基本一致，平面坐标x相差最大为5.1cm，y坐标相差最大为4.4cm，高程最大相差为7.1cm。

表2 PPK同RTK测量结果比较统计表

4 结语

GNSS PPK测量不需要无线电台和通讯网络，作业模式简单、测量效率高，2台以上接收机就可以采用PPK模式作业，能达到与RTK相当的精度。实际作业时，PPK技术可作为RTK测量作业的一种重要补充手段，将二者进行有效结合，发挥出各自优势，既能保证精度，又可提高效率。