PPP技术和网络RTK技术在电力勘测发展中的作用

吴文祥 张东芳 赵世宏

[摘要]介绍精密单点定位技术(简称PPP技术)和网络RTK技术的概念及其技术特点,对其在有利于统一坐标基准、保证和提高测量精度、电力基础设施基础地理信息数据获取和实现电力勘测信息化等方面与电力勘测相适合的优势特征,同常规RTK技术的应用进行比较,阐明PPP技术和网络RTK技术在电力勘测未来发展中的作用。

[关键词]精密单点定位技术网络RTK技术RTK技术电力勘测

中图分类号:TM-9文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110018-01

目前,GPS静态相对定位和GPS RTK已广泛应用于测绘生产,成为当代测量的常用作业模式。随着GPS定位技术的不断发展,代表着GPS第三代定位技术的PPP技术和网络RTK技术成为了GPS研究的新热点。实时、高精度、高可靠性的方向发展,网络化、集中式的数据服务(Data Service)典型特征,使得PPP技术和网络RTK技术对促进测绘生产的信息化和现代化起着举足轻重的作用。本文介绍了这些新技术的基本概念和理论及其在电力测绘行业未来发展中的作用,为加快实现电力勘测的数字化、信息化进程,加强测绘新技术的理论交流与实践,提高电力测绘生产的效率,对电力测绘工作者是非常必要的。

一、精密单点定位技术的概念及技术特点

(一)概念

精密单点定位技术(Precise Point Positioning,简称为PPP)是利用这种预报的GPS卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据;同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS定位观测值方程中的卫星钟差参数;用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2-4dm级的精度进行实时动态定位或以2-4cm级的精度进行较快速的静态定位,这一导航定位方法称为精密单点定位。

GPS的定位模式可分为单点定位、精密单点定位、单基准站相对定位及多基准站相对定位。目前,精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GPS定位方面的前沿研究方向。

(二)技术特点

1.处理非差伪距和相位观测值;

2.估计位置、接收机钟差、对流层延迟历元;

3.支持静态和动态定位;

4.支持全球定位;

5.与坐标框架直接联系;

6.无需基准站支持即可实现厘米级到分米级定位;

7.提高效益,降低成本。

二、网络RTK的概念及技术特点

(一)概念

在某一区域内建立多个(一般为3个或3个以上)的GPS基准站,对该地区构成网状覆盖,并以这些基准站中的一个或多个为基准,计算和发播GPS改正信息,对该地区内的GPS用户进行实时改正的定位方式,称为GPS网络RTK,又称为多基准站RTK。

按GPS的定位模式网络RTK属多基准站相对定位。目前,网络RTK技术按照差分信息生成方式主要有:虚拟参考站技术(VRS)、FKP技术、徕卡主辅站概念(MAC)和综合误差内插技术(CBI)。

(二)技术特点

1.覆盖范围更广;

2.成本更低;

3.精度和可靠性更高;

4.应用范围更广;

5.改进了OTF初始化时间。

三、常规RTK、PPP技术、网络RTK在技术要求、定位精度等方面的优缺点

(一)常规RTK

常规RTK技术目前已应用于电力勘测中,但还有一定的局限性。常规RTK采用双差观测模型,其重要优点是消除卫星钟差、接收机钟差的影响。对于短基线情况,可以进一步消除电离层和对流层延迟的影响,整周未知数具有整数特性。缺点是观测值减少且相关必须至少在一个已知站上进行同步观测才能求解测站坐标;工作距离短、定位精度随距离的增加而显著降低、单参考站模式可靠性差、大的区域内作业需要多次设站或设立多个参考站且受电台信号限制同时存在粗差。

(二)PPP技术

PPP技术主要是结合广域差分和单点定位技术,采用非差观测值模型,可用观测值多,保留了所有观测信息;能直接得到测站坐标;不同测站的观测值不相关,显然误差也不相关,测站与测站之间无距离限制。其技术要求为精密卫星轨道、卫星钟参数;其不利之处是未知参数多;无法采用站间或星间差分的方法消除误差影响,必须利用完善的改正模型加以改正。整周未知数不具有整数特性。

(三)网络RTK

网络RTK技术是利用连续运行GNSS(全球卫星导航系统)参考站网络、计算机网络通讯、无线通讯、GNSS高精度定位技术等,为覆盖范围内的流动站用户实时提供高精度的GNSS定位结果的一系列技术总称。其主要是结合RTK和基准站技术,要求在区域内架设多个基准站,定位精度高、精度均匀、稳定性好,目前正向着网络RTK系统CORS系统方向发展。完善的CORS系统的建立将实现全国范围的无缝测绘梦想。

四、PPP技术和网络RTK技术在电力勘测应用中的技术特点

(一)有利于实现坐标系统的统一

中华人民共和国测绘法规定“国家设立和采用全国统一的大地基准、高程基准、深度基准和重力基准,国家建立全国统一的大地坐标系统、平面坐标系统、高程系统、地心坐标系统和重力测量系统,确定国家大地测量等级和精度以及国家基本比例尺地图的系列和基本精度”。目前,鉴于我国1954年北京坐标系存在着缺点和问题,而1980西安坐标系虽为我国严密的国家坐标系统,但限于各级网点分布及区域加密点数量不足和标志破坏严重等问题;我国测绘现状限于技术发展和区域城市规划建设发展的实际,由于各地区城市建设多年来多坐标系统下的已有测绘成果资料积累,还不能够实现所有测绘资料和测绘生产在国家坐标系统下的完全统一。而电力勘测由于测设的站、厂(场)及输电线路通常为城区与城区间乃至全国范围内的网络连接,电力测绘生产和电力基础设施信息化恰需要在统一的坐标基准上,这就给电力勘测工作带来了一定的困难,既要考虑当地城市规划建设,又要顾及电力基础设施的信息化建设。目前常规的单基准站RTK测量尚不能完全满足生产,精密单点定位技术及网络RTK技术的发展为解决这一问题提供了方法和途径,ITRF框架下的测量成果,既可方便坐标系统间的联测与互换,实现坐标系统在某一区域内的统一也可实现全国范围内的坐标系统统一。

(二)保证勘测精度的同时提高勘测效率

目前,由于国家坐标系统区域加密点的分布不均,且大部分国家控制点位(平面、高程)遭到破坏,使得电力勘测在输电线路等线路勘测在控制测量上遇到了严重的问题。省级GPS网点的加密工作尚不能完全满足线路勘测等测绘生产的需要。为了确保勘测成果质量不得不花费大量的时间和金钱在控制测量上,同时大大降低了工作效率。利用静态精密单点定位的高精度解决电力线路勘测的控制测量问题不单省时高效,且能够保证精度要求。我国武汉大学研制的高精度PPP数据处理软件TriP,以无电离层影响的载波相位和伪距组合观测值为观测数据,对测站的位置、接收机钟差、对流层天顶延迟以及组合后的相位模糊度等参数进行估计,同时具有后处理静态定位和动态定位的功能〔1〕。因此,利用静态精密单点定位技术解决平面控制测量问题已完全可能。而随着精密单点定位技术的进一步发展和未来省级GPS网络虚拟参考站网的建设,实现电力勘测在高精度、高可靠性及省时高校上将发挥更大的作用。

(三)有利于推进电力勘测的信息化进程

数字城市、数字中国乃至数字地球的数字化时代正在悄然的走进我们,数字化信息时代已经来临。测绘工作作为测定、采集及表述等数字化数据、信息获取源在信息化时代的今天起着举足轻重的作用。如何实现电力勘测的信息化、现代化是我们电力勘测工作者的梦想和追求。怎样解决电力基础设施的信息化,相信随着精密单点定位技术以及网络RKT技术的成熟发展一定精度要求下的统一坐标系统的电力勘测的信息化很快就能实现。在电力勘测信息化、数字化数据信息的获取上同航测及卫星遥感技术相结合,将会实现电力基础设施信息系统在全国范围内的信息网络系统建立和信息网络查询,并使得作为“数字中国”一部分的电力基础设施的数字化、信息化、现代化成为可能。因此,精密单点定位技术和网络RTK技术的发展必将推进电力勘测的信息化进程。

五、结语

科技是第一生产力,当今的卫星定位技术在历经了常规RTK技术和广域差分定位技术后,正向着以PPP技术、网络RTK技术及网络RTK系统为代表的第三代GPS定位技术阶段,即以实时、高精度、高可靠性为方向发展,网络化、集中式为数据服务(Data Service)典型特征的技术发展阶段。PPP技术和网络RTK技术的成熟发展,必将促进电力基础设施的信息化进程,实现电力勘测的信息化、现代化。认真学习和掌握现代先进的测绘技术并不断将其应用于电力勘测生产实际,才能更好的实现专业技术的信息化发展,才能够通过技术的进步与变革,提高专业的经济效益和社会效益,实现效益的最大化。

参考文献:

[1]王亦、邹璇,《静态精密单点定位精度分析》,测绘信息与工程,Journal of Geomatics Apr. 2008,33:(2).

[2]晏红波、黄腾,GPS网络RTK的现状及应用前景探讨,现代空间定位技术研讨交流会论文集,Vol.5,No.3,Nov.2007.

[3]李征航、何良华、吴北平,全球定位系统(GPS)技术的最新进展,第二讲,网络RTK测绘信息与工程,Journal of Geomat ics,2002,4-27(2).

作者简介:

吴文祥(1965-),男,工程师,长期从事电力工程勘测。