吳文祥 張東芳 趙世宏

[摘要]介紹精密單點(diǎn)定位技術(shù)(簡(jiǎn)稱PPP技術(shù))和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的概念及其技術(shù)特點(diǎn),對(duì)其在有利于統(tǒng)一坐標(biāo)基準(zhǔn)、保證和提高測(cè)量精度、電力基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)獲取和實(shí)現(xiàn)電力勘測(cè)信息化等方面與電力勘測(cè)相適合的優(yōu)勢(shì)特征,同常規(guī)RTK技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行比較,闡明PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在電力勘測(cè)未來發(fā)展中的作用。

[關(guān)鍵詞]精密單點(diǎn)定位技術(shù)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)RTK技術(shù)電力勘測(cè)

中圖分類號(hào):TM-9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1110018-01

目前,GPS靜態(tài)相對(duì)定位和GPS RTK已廣泛應(yīng)用于測(cè)繪生產(chǎn),成為當(dāng)代測(cè)量的常用作業(yè)模式。隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展,代表著GPS第三代定位技術(shù)的PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)成為了GPS研究的新熱點(diǎn)。實(shí)時(shí)、高精度、高可靠性的方向發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)化、集中式的數(shù)據(jù)服務(wù)(Data Service)典型特征,使得PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)對(duì)促進(jìn)測(cè)繪生產(chǎn)的信息化和現(xiàn)代化起著舉足輕重的作用。本文介紹了這些新技術(shù)的基本概念和理論及其在電力測(cè)繪行業(yè)未來發(fā)展中的作用,為加快實(shí)現(xiàn)電力勘測(cè)的數(shù)字化、信息化進(jìn)程,加強(qiáng)測(cè)繪新技術(shù)的理論交流與實(shí)踐,提高電力測(cè)繪生產(chǎn)的效率,對(duì)電力測(cè)繪工作者是非常必要的。

一、精密單點(diǎn)定位技術(shù)的概念及技術(shù)特點(diǎn)

(一)概念

精密單點(diǎn)定位技術(shù)(Precise Point Positioning,簡(jiǎn)稱為PPP)是利用這種預(yù)報(bào)的GPS衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù);同時(shí)利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差來替代用戶GPS定位觀測(cè)值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù);用戶利用單臺(tái)GPS雙頻雙碼接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)在數(shù)千萬(wàn)平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以2-4dm級(jí)的精度進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位或以2-4cm級(jí)的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位,這一導(dǎo)航定位方法稱為精密單點(diǎn)定位。

GPS的定位模式可分為單點(diǎn)定位、精密單點(diǎn)定位、單基準(zhǔn)站相對(duì)定位及多基準(zhǔn)站相對(duì)定位。目前,精密單點(diǎn)定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全球精密實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù),也是GPS定位方面的前沿研究方向。

(二)技術(shù)特點(diǎn)

1.處理非差偽距和相位觀測(cè)值;

2.估計(jì)位置、接收機(jī)鐘差、對(duì)流層延遲歷元;

3.支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位;

4.支持全球定位;

5.與坐標(biāo)框架直接聯(lián)系;

6.無需基準(zhǔn)站支持即可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)到分米級(jí)定位;

7.提高效益,降低成本。

二、網(wǎng)絡(luò)RTK的概念及技術(shù)特點(diǎn)

(一)概念

在某一區(qū)域內(nèi)建立多個(gè)(一般為3個(gè)或3個(gè)以上)的GPS基準(zhǔn)站,對(duì)該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋,并以這些基準(zhǔn)站中的一個(gè)或多個(gè)為基準(zhǔn),計(jì)算和發(fā)播GPS改正信息,對(duì)該地區(qū)內(nèi)的GPS用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)改正的定位方式,稱為GPS網(wǎng)絡(luò)RTK,又稱為多基準(zhǔn)站RTK。

按GPS的定位模式網(wǎng)絡(luò)RTK屬多基準(zhǔn)站相對(duì)定位。目前,網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)按照差分信息生成方式主要有:虛擬參考站技術(shù)(VRS)、FKP技術(shù)、徠卡主輔站概念(MAC)和綜合誤差內(nèi)插技術(shù)(CBI)。

(二)技術(shù)特點(diǎn)

1.覆蓋范圍更廣;

2.成本更低;

3.精度和可靠性更高;

4.應(yīng)用范圍更廣;

5.改進(jìn)了OTF初始化時(shí)間。

三、常規(guī)RTK、PPP技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)RTK在技術(shù)要求、定位精度等方面的優(yōu)缺點(diǎn)

(一)常規(guī)RTK

常規(guī)RTK技術(shù)目前已應(yīng)用于電力勘測(cè)中,但還有一定的局限性。常規(guī)RTK采用雙差觀測(cè)模型,其重要優(yōu)點(diǎn)是消除衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差的影響。對(duì)于短基線情況,可以進(jìn)一步消除電離層和對(duì)流層延遲的影響,整周未知數(shù)具有整數(shù)特性。缺點(diǎn)是觀測(cè)值減少且相關(guān)必須至少在一個(gè)已知站上進(jìn)行同步觀測(cè)才能求解測(cè)站坐標(biāo);工作距離短、定位精度隨距離的增加而顯著降低、單參考站模式可靠性差、大的區(qū)域內(nèi)作業(yè)需要多次設(shè)站或設(shè)立多個(gè)參考站且受電臺(tái)信號(hào)限制同時(shí)存在粗差。

(二)PPP技術(shù)

PPP技術(shù)主要是結(jié)合廣域差分和單點(diǎn)定位技術(shù),采用非差觀測(cè)值模型,可用觀測(cè)值多,保留了所有觀測(cè)信息;能直接得到測(cè)站坐標(biāo);不同測(cè)站的觀測(cè)值不相關(guān),顯然誤差也不相關(guān),測(cè)站與測(cè)站之間無距離限制。其技術(shù)要求為精密衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘參數(shù);其不利之處是未知參數(shù)多;無法采用站間或星間差分的方法消除誤差影響,必須利用完善的改正模型加以改正。整周未知數(shù)不具有整數(shù)特性。

(三)網(wǎng)絡(luò)RTK

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是利用連續(xù)運(yùn)行GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))參考站網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、無線通訊、GNSS高精度定位技術(shù)等,為覆蓋范圍內(nèi)的流動(dòng)站用戶實(shí)時(shí)提供高精度的GNSS定位結(jié)果的一系列技術(shù)總稱。其主要是結(jié)合RTK和基準(zhǔn)站技術(shù),要求在區(qū)域內(nèi)架設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)站,定位精度高、精度均勻、穩(wěn)定性好,目前正向著網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)CORS系統(tǒng)方向發(fā)展。完善的CORS系統(tǒng)的建立將實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍的無縫測(cè)繪夢(mèng)想。

四、PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在電力勘測(cè)應(yīng)用中的技術(shù)特點(diǎn)

(一)有利于實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一

中華人民共和國(guó)測(cè)繪法規(guī)定“國(guó)家設(shè)立和采用全國(guó)統(tǒng)一的大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、深度基準(zhǔn)和重力基準(zhǔn),國(guó)家建立全國(guó)統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系統(tǒng)、平面坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、地心坐標(biāo)系統(tǒng)和重力測(cè)量系統(tǒng),確定國(guó)家大地測(cè)量等級(jí)和精度以及國(guó)家基本比例尺地圖的系列和基本精度”。目前,鑒于我國(guó)1954年北京坐標(biāo)系存在著缺點(diǎn)和問題,而1980西安坐標(biāo)系雖為我國(guó)嚴(yán)密的國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng),但限于各級(jí)網(wǎng)點(diǎn)分布及區(qū)域加密點(diǎn)數(shù)量不足和標(biāo)志破壞嚴(yán)重等問題;我國(guó)測(cè)繪現(xiàn)狀限于技術(shù)發(fā)展和區(qū)域城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)展的實(shí)際,由于各地區(qū)城市建設(shè)多年來多坐標(biāo)系統(tǒng)下的已有測(cè)繪成果資料積累,還不能夠?qū)崿F(xiàn)所有測(cè)繪資料和測(cè)繪生產(chǎn)在國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)下的完全統(tǒng)一。而電力勘測(cè)由于測(cè)設(shè)的站、廠(場(chǎng))及輸電線路通常為城區(qū)與城區(qū)間乃至全國(guó)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)連接,電力測(cè)繪生產(chǎn)和電力基礎(chǔ)設(shè)施信息化恰需要在統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)上,這就給電力勘測(cè)工作帶來了一定的困難,既要考慮當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)劃建設(shè),又要顧及電力基礎(chǔ)設(shè)施的信息化建設(shè)。目前常規(guī)的單基準(zhǔn)站RTK測(cè)量尚不能完全滿足生產(chǎn),精密單點(diǎn)定位技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的發(fā)展為解決這一問題提供了方法和途徑,ITRF框架下的測(cè)量成果,既可方便坐標(biāo)系統(tǒng)間的聯(lián)測(cè)與互換,實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)在某一區(qū)域內(nèi)的統(tǒng)一也可實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一。

(二)保證勘測(cè)精度的同時(shí)提高勘測(cè)效率

目前,由于國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)區(qū)域加密點(diǎn)的分布不均,且大部分國(guó)家控制點(diǎn)位(平面、高程)遭到破壞,使得電力勘測(cè)在輸電線路等線路勘測(cè)在控制測(cè)量上遇到了嚴(yán)重的問題。省級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)的加密工作尚不能完全滿足線路勘測(cè)等測(cè)繪生產(chǎn)的需要。為了確?？睖y(cè)成果質(zhì)量不得不花費(fèi)大量的時(shí)間和金錢在控制測(cè)量上,同時(shí)大大降低了工作效率。利用靜態(tài)精密單點(diǎn)定位的高精度解決電力線路勘測(cè)的控制測(cè)量問題不單省時(shí)高效,且能夠保證精度要求。我國(guó)武漢大學(xué)研制的高精度PPP數(shù)據(jù)處理軟件TriP,以無電離層影響的載波相位和偽距組合觀測(cè)值為觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)測(cè)站的位置、接收機(jī)鐘差、對(duì)流層天頂延遲以及組合后的相位模糊度等參數(shù)進(jìn)行估計(jì),同時(shí)具有后處理靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位的功能〔1〕。因此,利用靜態(tài)精密單點(diǎn)定位技術(shù)解決平面控制測(cè)量問題已完全可能。而隨著精密單點(diǎn)定位技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和未來省級(jí)GPS網(wǎng)絡(luò)虛擬參考站網(wǎng)的建設(shè),實(shí)現(xiàn)電力勘測(cè)在高精度、高可靠性及省時(shí)高校上將發(fā)揮更大的作用。

(三)有利于推進(jìn)電力勘測(cè)的信息化進(jìn)程

數(shù)字城市、數(shù)字中國(guó)乃至數(shù)字地球的數(shù)字化時(shí)代正在悄然的走進(jìn)我們,數(shù)字化信息時(shí)代已經(jīng)來臨。測(cè)繪工作作為測(cè)定、采集及表述等數(shù)字化數(shù)據(jù)、信息獲取源在信息化時(shí)代的今天起著舉足輕重的作用。如何實(shí)現(xiàn)電力勘測(cè)的信息化、現(xiàn)代化是我們電力勘測(cè)工作者的夢(mèng)想和追求。怎樣解決電力基礎(chǔ)設(shè)施的信息化,相信隨著精密單點(diǎn)定位技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)RKT技術(shù)的成熟發(fā)展一定精度要求下的統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)的電力勘測(cè)的信息化很快就能實(shí)現(xiàn)。在電力勘測(cè)信息化、數(shù)字化數(shù)據(jù)信息的獲取上同航測(cè)及衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合,將會(huì)實(shí)現(xiàn)電力基礎(chǔ)設(shè)施信息系統(tǒng)在全國(guó)范圍內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立和信息網(wǎng)絡(luò)查詢,并使得作為“數(shù)字中國(guó)”一部分的電力基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化成為可能。因此,精密單點(diǎn)定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的發(fā)展必將推進(jìn)電力勘測(cè)的信息化進(jìn)程。

五、結(jié)語(yǔ)

科技是第一生產(chǎn)力,當(dāng)今的衛(wèi)星定位技術(shù)在歷經(jīng)了常規(guī)RTK技術(shù)和廣域差分定位技術(shù)后,正向著以PPP技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)為代表的第三代GPS定位技術(shù)階段,即以實(shí)時(shí)、高精度、高可靠性為方向發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)化、集中式為數(shù)據(jù)服務(wù)(Data Service)典型特征的技術(shù)發(fā)展階段。PPP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的成熟發(fā)展,必將促進(jìn)電力基礎(chǔ)設(shè)施的信息化進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)電力勘測(cè)的信息化、現(xiàn)代化。認(rèn)真學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)并不斷將其應(yīng)用于電力勘測(cè)生產(chǎn)實(shí)際,才能更好的實(shí)現(xiàn)專業(yè)技術(shù)的信息化發(fā)展,才能夠通過技術(shù)的進(jìn)步與變革,提高專業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

參考文獻(xiàn):

[1]王亦、鄒璇,《靜態(tài)精密單點(diǎn)定位精度分析》,測(cè)繪信息與工程,Journal of Geomatics Apr. 2008,33:(2).

[2]晏紅波、黃騰,GPS網(wǎng)絡(luò)RTK的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景探討,現(xiàn)代空間定位技術(shù)研討交流會(huì)論文集,Vol.5,No.3,Nov.2007.

[3]李征航、何良華、吳北平,全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的最新進(jìn)展,第二講,網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)繪信息與工程,Journal of Geomat ics,2002,4-27(2).

作者簡(jiǎn)介:

吳文祥(1965-),男,工程師,長(zhǎng)期從事電力工程勘測(cè)。