GPS PPK 技术在测量外业中的应用探讨

梁超

引言：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的应用。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3 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，其中常规RTK 通讯信号（ 电台信号） 受周围环境及地势影响较大，这就使GPS 动态测量的应用受到一定的限制，如在山区等地势起伏大且树木较多时RTK 基站电台的有效作业半径仅仅只有3 km以内，大大限制了作业范围从而制约了RTK 的优势。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3 维坐标。利用PPK 技术不需要基准站与流动站之间的数据通讯，作业半径可达到50 km 以上，在RTK 电台信号不稳定的情况下采用GPS PPK 进行动态测量，是对RTK 的一种重要补充作业方式。

1 RTK 和PPK 的作业原理

1.1 RTK 的作业原理

RTK（ Real Time Kinematic） 测量系统一般由三部分组成： 即GPS 接收设备、数据传输系统和实施动态测量的软件系统。RTK 测量的工作原理是： 将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（ 称为移动站） 上，基准站和移动站同时接收同一时间、同一GPS 卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS 差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的移动站精化其GPS 观测值，从而得到经差分改正后移动站较准确的实时位置。

1.2PPK 的作业原理

PPK 是近些年来发展使用的测量方法，测量原理是通过基准站和移动站同时采集最少两个历元的观测时间，从而解算主站和移动站的基线解，由于OTF 初始化時解决了整周模糊度及其他相关问题，从而使得主站和移动站的共同观测时间减少到只需观测两个历元。其点位的标称精度为厘米级。但是，需要进行数据后处理，不能进行实时定位且不知其定位精度，若内业后处理中发现精度不符合要求，则必须进行返工。技术特点是： 点位水平精度1 cm + 1 ppm 为厘米级，观测时间短，只需两个观测历元，如果设置采样率为15 s，6 颗以上卫星时，2 ～3 min 即可完成一次测量。即使5 颗卫星，4～ 5 min 也可以完成一次测量（ 4 颗卫星时无法进行PPK 测量） 。无需电台连接，因此不受地形限制，且作业比较简单。

2 PPK 的作业流程

2.1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。

2.2 流动站的设置

设置其中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。

2.3观测

采用PPK 观测必须初始化。

1） 在测量前初始化如采用Trimble 接受接收机，观测8 ～ 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 ～20 min，然后按照动态测量的模式观测待测点，按待测点精度要求一般需采集5 ～ 180 个历元（ 历元间隔为1 s） ，在观测过程中流动站须一直保持开机状态，确保接收机对卫星的连续跟踪。如中途出现卫星失锁的情况，须重新

初始化。

2） 在测量中初始化，测量前不进行初始化，直接测量待测点，每个点采集5 ～ 180 历元（ 历元间隔为1 s） ，观测过程中一直保持开机，确保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，须重新初始化。若卫星失锁出现在初始化完成之前，初始化之前所测的待测点必须重测。为了确保精度的可靠性应在测量过程中联测本测区2 ～ 3 个已知控制点，以作检核。

3 RTK 和PPK 的比较

3.1RTK 和PPK 的相同点

1） 定位精度相同。这两种技术都可以达到厘米级的定位精度。水平精度为： 1 cm + 1 ppm； 垂直精度为： 2 cm+ 1 ppm。

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流动站的作业模式。

3.2 RTK 和PPK 的不同点

1） 初始化时间不同。RTK 技术初始化的时间较短，最小初始化时间为10 s + （ 0. 5·S） s，S 为基线长度（ km） ； PPK 初始化时间较长，在6 颗卫星的情况下，需要不少于8 min。

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的支持。

3） 定位作业的方式不同。RTK 采用的实时定位技术，可以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，在现场看不到点的坐标，需要事后处理才能看到结果。

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10 km； 运用PPK 技术作业，一般作业半径可以达到50 km。

5） 受卫星信号影响的程度不同。RTK 作业时，如果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. 3 RTK 和PPK 的联合使用

在障碍物较多的地方，RTK 作业精度可能无法满足需要，或常失锁，作业效率低下，甚至要返工，这时就可考虑更换作业模式。只要通知参考站、流动站将作业模式都更换为PPK 作业模式，即可进行PPK 作业。一旦障碍物减少，卫星状况良好时，可再次将作业模式换成RTK 作业模式。因为RTK 作业效率比PPK 作业效率高，而且发现错误可及时更改； 给外业人员带来了极大的方便。

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