測繪RTK與PPK在無人機攝影測量方面的對比

由於GPS技術所具有的全天候、高精度和自動測量的特點,作爲先進的測量手段和新的生産力,已經融入瞭(le)國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個應用領域。随著(zhe)GPS技術的發展,動态測量技術也日益成熟,RTK技術、網絡RTK技術已經在測繪工程中得到瞭(le)廣泛的應用。RTK技術實現瞭(le)高精度實時動态差分，但無論是常規RTK還是網絡RTK都必須有數據通訊,其中常規RTK通訊信号(電台信号)受周圍環境及地勢影響較大,這就使GPS動态測量的應用受到一定的限制,如在山區等地勢起伏大且樹木較多時RTK基站電台的有效作業半徑僅僅隻有3 km以内,大大限制瞭(le)作業範圍從而制約瞭(le)RTK的優勢。

随著無人機攝影測量的發展，RTK在作業範圍方面的劣勢越來越明顯
。被人們所遺忘的PPK技術在這方面的優勢使它又成爲主流的定位方式
，動态測量數據後處理PPK(Post Processing Kinematic)採用快速求解整周模糊度的技術,利用2～5曆元觀測值就可以得到厘米級的3維坐标。利用PPK技術不需要基準站與流動站之間的數據通訊,作業半徑可達到50 km以上,相對於RTK技術PPK技術在無人機攝影測量方面具有更好的應用前景。際上導航推出的AGS200、AGS210都配置瞭PPK技術，将AGS200、AGS210搭載在無人機進行無人機攝影測量，通過際上自主開發的GGPOS軟件經過事後差分處理，能夠提供高精度的POS數據。

1 RTK和PPK的作業(yè)原理

1.1 RTK的作業原理

RTK(Real Time Kinematic)測量系統一般由三部分組成:即GPS接收設備、數據傳輸系統和實施動态測量的軟件系統。RTK測量技術是以載波相位觀測量爲根據的,有快速高精度定位功能的載波相位差分測量技術,它能夠實時獲得測站點在指定坐标系中的3維定位結果,且具有厘米級的定位精度。RTK測量的工作原理是:将一台接收機置於(yú)基準站上,另一台或幾台接收機置於(yú)載體(稱爲移動站)上,基準站和移動站同時接收同一時間、同一GPS衛星發射的信号,基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較,得到GPS差分改正值。然後将這個改正值通過無線電數據鏈電台及時傳遞給共視衛星的移動站精化其GPS觀測值,從而得到經差分改正後移動站較準確(què)的實時位置。

1.2 PPK的作業原理

PPK是近些年來發展使用的測量方法,測量原理是通過基準站和移動站同時採集最少兩個曆元的觀測時間,從而解算主站和移動站的基線解,由於(yú)OTF初始化時解決瞭(le)整周模糊度及其他相關問題,從而使得主站和移動站的共同觀測時間減少到隻需觀測兩個曆元。其點位的标稱精度爲厘米級。但是,需要進行數據後處理,不能進行實時定位且不知其定位精度,若内業後處理中發現精度不符合要求,則必須進行返工。技術特點是:點位水平精度1 cm+1 ppm爲厘米級,觀測時間短,隻需兩個觀測曆元,如果設置採樣率爲15 s,6顆以上衛星時,2～3 min即可完成一次測量
。即使5顆衛星,4～5 min也可以完成一次測量(4顆衛星時無法進行PPK測量)。無需電台連接,因此不受地形限制,且作業比較簡單。

2 RTK和PPK的比較

2.1 RTK和PPK的相同點(diǎn)

1) 無人機攝影測(cè)量定位精度相同。這兩種技術都可以達(dá)到厘米級的定位精度。水平精度爲:1 cm+1 ppm;垂直精度爲:2 cm+1 ppm。

2) 兩(liǎng)種技術(shù)在作業前都需要初始化。

3) 作業模式相同。兩種技術都採(cǎi)用參(cān)考站加流動站的作業模式。

2.1 RTK和PPK的不同點(diǎn)

1) 初始化時間不同。RTK技術初始化的時間較短,最小初始化時間爲10 s+(0.5·S)s,S爲基線長(zhǎng)度(km);PPK初始化時間較長(zhǎng),在6顆衛星的情況下,需要不少於(yú)8 min。

2) 電(diàn)台支持不同。RTK技術需要通訊電(diàn)台傳(chuán)輸數據;PPK技術不需要通訊電(diàn)台的支持。

3) 定位作業的方式不同。RTK採(cǎi)用的實時定位技術,可以在流動站随時看到測量點的坐标以及精度情況;PPK定位屬於(yú)後處理定位,在現場看不到點的坐标,需要事後處理才能看到結果。

4) 作業半徑不同。RTK作業不僅受到通訊電(diàn)台的制約,而且作業距離一般不超過10 km;運用PPK技術作業,一般作業半徑可以達(dá)到50 km。

5) 受衛星信号影響的程度不同
。RTK作業時,如果在大樹等障礙(ài)物的附近,非常容易失鎖;而PPK作業時,經過(guò)初始化後,一般不易失鎖。

從數據對比中，可以看出兩種作業模式在測(cè)量精度上相差無幾。在小範圍的作業區域内，RTK作業效率高，且可以實時提供高精度位置信息。在長(zhǎng)距離大範圍的作業區域内，尤其是帶狀區域，比如輸電線路、公路、鐵路、油氣管道，PPK将是最佳選擇。

3 PPK模式下生成的飛(fēi)機軌(guǐ)迹及POS成果

圖四爲搭載際上導航AGS200的無人機在PPK模式下的軌迹圖及曝光事件圖，通過際上導航自主開發的GGPOS經過差分
，飛機軌迹精度達(dá)到瞭(le)厘米級。其中綠色軌迹代表精度合格
，軌迹上的方框代表每個曝光點的位置，曝光點的位置信息是經過多個曆元經過内插後得到的，精度能達(dá)到5厘米。

圖五爲經過GGPOS軟件處(chù)理後輸出的曝光點位置信息，用戶可以根據自身需求選擇性的輸出自己想要的信息。這些信息包括經緯度高程信息（也可以通過GGPOS軟件轉化爲不同橢球下的當(dāng)地坐标信息）、飛機速度加速度信息等。

4 總結

PPK技術是一種更适合搭載在無人機上的空間定位技術，雖然在小範圍的作業區域内RTK作業效率高且可以實時提供高精度位置信息。但随著(zhe)科技的發展，無人機技術的日趨成熟，無人機攝影測量應更趨於(yú)大範圍高效率的作業。PPK技術在無人機方面明顯具有更廣闊的發展前景，PPK技術勢必會成爲無人機在測繪方面給的中流砥柱。