1、RTK 与 PPK 在无人机摄影测量方面的对比张绪棋由于 GPS 技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点,作为先进的测量手段和新的生产力,已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。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。RTK 技术实现了高精度实时动态差分，但无论是常规 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
2、3 km 以内,大大限制了作业范围从而制约了 RTK 的优势。随着无人机摄影测量的发展，RTK 在作业范围、稳定性、精度等方面的劣势越来越明显。被人们所遗忘的 PPK 技术在这方面的优势使它又成为主流的定位方式，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 25 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 以内,相对于RTK 技术 PPK 技术在无人机摄影测量方面具有更好的应用前景。际上导航推出的 AGS200、 AGS210 都配置了 PPK 技
3、术，将 AGS200、AGS210 搭载在无人机进行无人机摄影测量，通过际上自主开发的 GGPOS 软件经过事后差分处理，能够提供高精度的 POS 数据。图一 搭载际上导航 AGS200 或 AGS210 差分系统的无人机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 测量技术是以载波相位观测量为根据的,有快速高精度定位功能的载波相位差分测量技术,它能够实时获得测站点在指定坐标系中的 3 维定位结果,且具有厘米级的定位精度。RTK 测量的工作
4、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。图二 RTK 作业原理1.2 PPK 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 初始化时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
5、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,23 min 即可完成一次测量。即使 5 颗卫星,45 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。图三 PPK 作业原理2 RTK 和 PPK 的比较2.1 RTK 和 PPK 的相同点1) 定位精度相同。这两种技术都可以达到厘
6、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。表一 RTK 与 PPK 的相同点定位模式 定位精度 作业模式 作业前初始化RTK 厘米级 流动站+基准站 需要初始化PPK 厘米级 流动站+基准站 需要初始化2.1 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+(0.5S)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
7、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。表二 RTK 与 PPK 的不同点定位模式 初始化时间 电台 定位方式 作业
8、半径 失锁情况RTK 10s+0.5基线长度需要 实时定位 小于 10km 受干扰多，容易失锁PPK 8min 不需要 事后差分 小于 50km 不易失锁从数据对比中，可以看出两种作业模式在测量精度上相差无几。在小范围的作业区域内，RTK 作业效率高，且可以实时提供高精度位置信息。在长距离大范围的作业区域内，尤其是带状区域，比如输电线路、公路、铁路、油气管道，PPK 将是最佳选择。3 PPK 模式下生成的飞机轨迹及 POS 成果图四为搭载际上导航 AGS200 的无人机在 PPK 模式下的轨迹图及曝光事件图，通过际上导航自主开发的 GGPOS 经过差分，飞机轨迹精度达到了厘米级。其中绿色轨迹代
9、表精度合格，轨迹上的方框代表每个曝光点的位置，曝光点的位置信息是经过多个历元经过内插后得到的，精度能达到厘米级。图五为经过 GGPOS 软件处理后输出的曝光点位置坐标信息，用户可以根据自身需求选择性的输出自己想要的信息。这些信息包括经纬度高程信息（也可以通过 GGPOS 软件转化为不同椭球下的当地坐标信息） 、飞机速度加速度信息等。图四 无人机轨际及曝光点图五 GGPOS 输出的部分曝光点信息总结PPK 技术是一种更适合搭载在无人机上的空间定位技术，虽然在小范围的作业区域内 RTK 作业效率高且可以实时提供高精度位置信息。但随着科技的发展，无人机技术的日趋成熟，无人机摄影测量应更趋于大范围高效率的作业。PPK 技术在无人机方面明显具有更广阔的发展前景，PPK 技术势必会成为无人机在测绘方面给的中流砥柱。
