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GPS-PPK技术测量精度分析与试验

2020-11-02 285 上传者：管理员

摘要：GPS-PPK是一种利用后处理载波相位观测值的动态相对定位技术。由于它是后处理，用户不需要有数据通信链路。当然，不必考虑移动台是否能接收到来自基站的无线信号，因此观测更方便、更自由，适合于不需要实时获得定位结果的领域。但是，GPSPPK技术在作业过程中传输差分信息的通讯链稳定性受到距离和作业环境的制约进而影响到GPS-PPK的精度。针对以上问题利用香港CORS两个相隔约10km的基站HKKT和HKLT观测数据，进行相同距离下的BDS+GPS-PPK、GPS-PPK和BDS-PPK的精度对比分析。实验结果表明：不同系统和组合系统的PPK技术的平面和高程精度大部分也在6mm、10mm以内。

关键词：
PPK
工程测绘
精度分析
系统
误差统计
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全球定位系统（GlobalPositioningSystem）在测绘领域的不断应用，测绘工作者的工作效率不断提高，同时降低了测绘外业的劳动强度。GPS的动态测量技术日益成熟，具有了全天候、精度高，自动化的特点。PPK(PostProcessingKinematic）技术是较早的GPS动态差分技术方式，它的测量方法是通过同步观测基准站和移动站同步GPS卫星。同时，收集至少两个历元来计算基线。在获取仪器间的相对位置后，根据基站坐标，从而推算出流动站的三维坐标。在现阶段PPK技术运用于很多方面。有充分介绍了PPK与RTK的工作原理和PPK的工作流程，并分析对比了PPK与RTK的相同、不同之处以及这两种技术的联合应用[1,2]。有具体说明了PPK数据的解算过程并用具体数据证明了其精准度[3]。徐贤青，李东强在GPS-PPK技术在偏远地区测量的应用实践中探讨了PPK技术在偏远地区的应用，分析了其测量精度，提供了其在实际测量中的测量方法和注意事项[4]。张颖，沈卫明等将GPS动态后处理技术（GPS-PPK）运用到了海下地下测量中[5]。

1、GPS-PPK定位原理和方法

1.1GPS-PPK测量的基本原理

GPS-PPK(PostProcessingKinematic）是GPS事后差分动态处理方法的缩写，又被称作准动态法、半动态法、停停走走法。GPS-PPK的测量方式是将一台进行同步观测的接收机安放在一个已知坐标的基准点上，将另一台流动接收机放于地面监测点之上，对天空中的GPS卫星同步观测。也就是固定站的接收机保持连续观测，进行初始化的移动站接收机进行迁站，搬站到下一个待测点，这个过程中，必须让接收机与卫星的连接，这样可以将整周模糊度完好的传递到下一个点。基准站与移动站的同步观测接收到的数据需要计算机的线性组合，换算成虚拟的载波相位观测值，解算出接收机之间的相对方位与距离，并根据已知坐标，从而推算出移动站的三维坐标。本系统不需要实时传输数据链，就可以进行动态监测，本技术是十分重要的在野外测量时。待测点可以出现在基准站的作业范围的任意地方，移动站与基准站之间一般不受地物地貌的影响，因此事后差分GPS-PPK测量系统比实时RTK测量系统要好。

1.2GPS-PPK作业流程

(1）基站安放。将仪器架设在测区中的选取任意位置的一个合适的点，放置一台可以进行静态观测的GPS接收机，仪器需要设定为1s、2s或5s的采样间隔。或者在已知的控制点上安置测量仪器。

(2）设置移动站。安置其余的一台或多台接收机当作移动站。如果是采用Trimble接收机，需要将观测模式设定为PPK模式。如果使用其他的接收机，就将模式设定为常规静态测量。移动站与基准站采样间隔需要一致。

(3）测量。在PPK测量时需要将仪器进行初始化，初始化可分为在测前初始化和测中初始化。

在测前的初始化：接收机至少需要先观测10min以上，并静待测量手簿提示仪器初始化完毕。如果是使用其他接收机则需要连续观测至少18min的时间，然后将仪器改为动态观测的模式测量点坐标，待测点的精度要求通常需要至少收集8个以上的观测历元（每一个观测历元的间隔至少为2s），测中流动站接收机要一直保持开机状态，方可保证接收机时时刻刻都能对卫星进行不间断追踪。若在测量过程中遇到卫星失锁的情况，则重新进行初始化。

测中的初始化：如果在测前没有进行初始化直接测量，则每一个点需要接收至少8个历元，在仪器的测量过程中同样要保持机器一直处于开机，进而保证接收机对卫星进行不间断的实时追踪，于此同时进行一边观测，一边等待初始化完成。如果在观测中出现了卫星失锁的状况，就需要对仪器进行重新初始化。如果仪器是在初始化完成之后出现卫星失锁的情况，则需要对初始化完成之前的测得的点进行重测。

为了确保测量成果精度的精准，需要在整个工作过程中对本测区内的2～4个已知的控制点进行检验。

1.3GPS-PPK数据处理

测量结束之后，利用软件及时将移动站和基准站的数据相对应的进行下载、保存。GPS-PPK数据解算的过程一般分为如下3个步骤：

(1）基线处理，解算基站与全部流动站之间的基线。

(2）三维无约束平差，测量的观测值是用GPS-PPK的基线向量，用它的方差阵的逆作权，进而开始三维无约束平差，并推算出点在地方坐标系上的三维坐标同时进行精度评定。

(3）三维约束平差，利用三围基准站在当地坐标系统中的坐标值，对整个测量网进行三维约束平差，进而获得测量点在地方坐标系中的坐标值并进行精度评定。

2、实验数据

为了验证不同系统解算PPK的精度水平，使用了香港CORS中两个基站HKKT和HKLT在2018年5月1日1h的观测数据，两组测站均使用LEICAGR50接收机，可以接收GPS和BDS卫星观测数据。两个站间距约10km，在分析中同样以静态观测结果为真实值，计算PPK测量每个历元定位结果的真误差，并进行精度统计。实验数据的基本情况如表1所示。

表1实验数据

3、数据处理软件

利用TrimbleBusinessCenter（以下简称TBC）软件处理PPK数据的主要步骤如下：

(1）启动TBC软件后，在文件菜单点击新建工程。按照设计要求进行工程相关设置，坐标系、单位、默认标准误差、基线处理质量等，主要是基线处理一栏下：基线解类型、质量控制、卫星高度角等。导入观测数据，并查看导入数据情况，如观测时间、天线类型等。

(2）在“导入文件”移动站文件下点击左边+号，选中点，右键菜单选择属性，然后在属性里点击菜单顶部的“强制连续”按钮。

(3）选择菜单测量中的处理基线，打开处理基线对话框，选择需要处理的基线并进行基线处理。完成基线处理后，从基线处理界面可以查看每条基线的RMS、解类型等信息。固定的基线可以选择查看PPK数据处理结果。

4、数据统计与分析

4.1数据统计

表2不同系统东方向误差分布统计表

表3不同系统北方向误差分布统计表

表4不同系统高程方向误差分布统计表

表5不同系统点位中误差

根据基线解算的结果进行统计，GPS+BDS、GPS和BDS系统的东方向、北方向和高程方向的误差填写到表2～4。根据之前的解算结果，计算出不同系统的点位中误差填写到表5。

4.2数据结果分析

(1）表2是对基线HKKT-HKLT在不同系统下东方向的误差统计，从表中可以看出GPS+BDS系统东方向误差主要集中在0～5mm的范围内，占总数的94.7%，该比例明显高于GPS和BDS，说明GPS+BDS系统组合东方向精度高于单系统，而GPS和BDS在东方向的误差分布基本一致，说明二者精度相同。

(2）表3是对基线HKKT-HKLT在不同系统下北方向的误差统计，从表中可以看出GPS+BDS与GPS系统在北方向的误差分布基本相同，而BDS系统明显不如前两种系统。

(3）表4是对基线HKKT-HKLT在不同系统下高程方向的误差统计，从表中可以看出GPS+BDS系统最好，BDS系统得到的高程精度略低于GPS。

(4）表5可以看出在GPS+BDS、GPS和BDS解算结果中，GPS和BDS解算结果的平面精度基本相同，没有显著差别，BDS高程方向精度略低于GPS。然而利用GPS+BDS组合解算精度明显高于单系统，尤其是在高程方向有明显改善。

5、结束语

在信息与技术飞速发展的时代，卫星定位测量已经成为了测绘领域的重要手段之一。这一切都归结于卫星定位的高精度、高效率、全天候、多功能、操作简便的特点。本文研究了GPS-PPK技术从定位原理与方法，再到数据分析，现对本文作出以下总结：不同系统下GPS-PPK的定位精度，GPS和BDS解算精度基本相同，没有显著差别，而GPS+BDS解算精度明显高于单系统。

参考文献：

[1]刘小兵,黄飞.GPSPPK技术在测量外业中的应用探讨[J].建材与装饰,2017(19):234-235.

[2]涂果.GPSPPK技术在测量外业中的应用探讨[J].科技风,2019(18):75.

[3]葛超,刘娇,白斌.浅谈基于TBC与TGO软件的GPSPPK测量解算[J].测绘与空间地理信息,2016,39(12):155-157.

[4]徐贤青,李东强.GPSPPK技术在偏远地区测量的应用实践[J].经纬天地,2015(4):40-42.

[5]张颖,沈卫明,李静,等.南黄海辐射沙脊群海域GPS-PPK海测方案应用分析[J].现代测绘,2019,42(03):46-48.

孙建宇,谢宏全,李培显,汪秋玲,芦斌.GPS-PPK技术测量精度试验与分析[J].科技创新与应用,2020(33):142-144.