王智，曹庆磊，张洪德，胡玉祥，2，孟庆年

(1.青岛市勘察测绘研究院，山东 青岛 266032； 2.青岛市西海岸基础地理信息中心有限公司，山东 青岛 266000)

1 引 言

PPK(post processed kinematic)测量技术是利用载波相位进行事后差分的GNSS定位技术，属于动态后处理测量技术，该技术采用动态初始化OTF(On The Flying)可快速解算整周模糊度[1]，外业测量时观测 10 s～30 s就可以解算出厘米级的空间三维坐标[2]，与RTK实时载波相位差分测量技术不同，PPK测量时在流动站和基准站之间不需要建立实时通讯链接[3]，而是在外业观测结束以后，对流动站与基准站GNSS接收机所采集的原始观测数据进行事后处理，从而计算出流动站的三维坐标[4]。

PPK测量技术的工作原理是，在一定的有效距离范围内，在测量工作区适当位置处架设一台或者多台基准站接收机，再使用至少一台GNSS接收机作为流动站在作业区域进行测绘，由于同步观测的流动站和基准站的卫星钟差等各类误差具有较强的空间相关性，外业观测结束以后在计算机中利用GNSS处理软件进行差分处理，进行线性组合，并形成虚拟的载波相位观测值，计算出流动站和基准站接收机之间的空间相对位置[5]；然后在软件里固定基准站的已知坐标，即可解算出流动站待测点的坐标。作业过程中基准站GNSS接收机保持连续观测，流动站GNSS接收机先进行初始化，再依次在每个待测点上进行一定时间的观测，为了将整周模糊度传递至待测点，流动站接收机迁站过程中需要对卫星进行持续跟踪[6]，基准站也可以是CORS系统，即流动站只要在CORS系统有效覆盖范围内即可进行PPK作业并解算。

2 PPK作业方法及数据处理

目前天宝等主流品牌GNSS接收机都具有PPK作业功能[7]，下面以天宝R10 GNSS接收机及后处理软件TBC介绍PPK作业模式的设置、作业方法及数据处理过程。

2.1 PPK测量模式设置及外业过程

在R10接收机手簿主界面“设置”里的“测量形式”中新建一个类型为“GNSS”的测量形式。然后分别在流动站选项和基准站选项里进行设置。基准站选项和流动站选项里的测量类型均选择“后处理动态测量”，天线类型选择“R10 Internal”，测量到“快释接头底部”，由于基准站一直保持接收卫星信号的状态，其记录设备可选择“接收机”，记录间隔根据工程需要可选择 1 s或 5 s，流动站由于要在不同的待测点上进行观测，为了方便输入点号等操作，流动站记录设备可选择“控制器”，即将数据记录在手簿里，截止高度角输入13°。

外业作业过程如图1所示：

图1 PPK外业作业流程

基准站接收机采样率一般设置为 1 s或 5 s，流动站初始化时间建议设置为 5 min～15 min，天宝R10接收机默认的初始化时间为 8 min，在每个待测点上观测 5 s～15 s，若在作业过程中流动站接收机因倾斜、关机或者遮挡出现卫星失锁的情况，则需要重新初始化。在每个待测点上一般观测 10 s～ 30 s即可，为得到更可靠的测量精度，应将GNSS接收机头安放在基座内，并采用三脚架进行精确对中，严格整平。为确保测量结果的准确性，应在测区就近检核已有控制点。

2.2 PPK测量数据处理

TBC(Trimble Business Center的简称)是Trimble的最新数据处理软件，该软件不仅能够对GNSS测量数据进行处理，也可以对水准仪、全站仪以及三维激光扫描仪的测量数据进行处理。TBC能够高效解算静态基线，其处理速度是TGO软件的10倍以上，对GPS L1/L2/L5以及GLONASS的数据均能进行解算，用户可以对起算点和起算边进行自定义，并将GNSS数据与全站仪、电子水准仪数据进行联合平差计算。处理PPK测量数据时，应先在TBC坐标系统管理器里建立测量工程对应的坐标系统，并设置相应参数，具体包括建立参考椭球、基准转换模型、似大地水准面模型、投影参数等等[8]。

建立坐标系统后，在TBC软件主界面分别导入流动站接收机和基准站接收机的观测数据，数据格式可以是天宝GNSS接收机原始数据格式Dat或TO2等格式，也可以是Rinex等标准格式，输入基准站在当前坐标系下的坐标，并设为固定基准，然后进行基线处理，便可解算出各个流动站观测点的空间三维成果。当基线处理精度较差时，应对基线进行精化处理，如在基线时段编辑器里删掉质量较差的观测时间段，或改进电离层、对流层改正模型，并再次进行基线处理，直至获取符合精度要求的解算结果。

2.3 作业模式改进

为提高测量精度并增加多余观测便于检核，PPK测量作业时可设置多个基准站，在测绘作业区域适当位置处架设多台基准站接收机同步观测卫星数据，流动站在基准站控制范围内进行作业，依次对各个待测点进行数据采集，这样即可有效改善作业方法，提高测量精度和可靠性；或联测测区周边的CORS站，这样不需要在测区架设基准站，仅用一台流动站GNSS接收机即可完成作业，其作业原理和多基站作业模式相同，也可以在测区架设多台基准站，并同步联测一个或多个CORS数据，这样可大大增加多余观测，有效增加检核，提高作业精度。

数据处理时，在TBC里分别导入多个基准站或CORS站以及流动站的观测数据，为提高解算精度，可下载同步IGS等精密星历导入TBC里参与基线解算，基线解算合格后在TBC里固定多个起算点坐标进行网平差即可获取各个流动站的坐标，也可在TBC里导出Asc等格式基线文件，并导入科傻等第三方平差软件进行计算。

3 测量精度影响因素

为验证PPK的测量精度以及与测量时间、距离的影响，在青岛市地铁控制网中的控制点进行检测，在某楼顶已知高等级控制点上架设基准站，流动站共在10个控制点上进行了检测，基准站与流动站采样率均设置为 5 s，将控制点的已知成果作为真值比较分析PPK测量的精度。

3.1 测量时间对精度的影响

流动站在每个控制点均进行了不同时间长度的观测，时间长度依次为 5 s、15 s、30 s、60 s、300 s等不同长度，表1为在控制点GPS109上进行不同时间长度观测对应的水平精度和垂直精度统计表。

PPK测量时间与观测精度统计表 表1

从表1可以看出，当观测时间逐渐增加，PPK测量的水平精度和垂直精度也随之提高，PPK观测 300 s时的精度相对于观测10s时的精度提高了约一倍。从精度增加的速度看，长时间的PPK观测并不能带来测量精度的显著提高。

对流动站在GPS109上进行不同时间长度的观测，将其解算结果与真值进行比较，分析其X坐标较差、Y坐标较差以及距离较差的变化趋势，结果如图2所示；对流动站在各个点上进行不同长度时间测量的解算结果与真值进行距离较差对比分析，选取其中4个点，对比结果如图3所示，图中每条折线代表一个控制点的变化，其中最远的一个点距离基准站 59.7 km。

从图2和图3可以看出，随着PPK观测时间的增加，解算结果与真值较差大小的变化并无明显规律，但有逐渐收敛稳定的趋势，距基准站约 1.5 km的范围与真值坐标较差在 12 mm之内，距离基准站约 60 km的范围与真值较差在 30 mm之内。

图2 GPS109测量时间与真值较差分析图

图3 PPK测量时间与真值距离较差趋势图

3.2 流动站与基准站的距离对精度的影响

由于在流动站接收机和基准站接收机之间不需要建立通讯链接，PPK测量的作业半径要比RTK测量要大，测试中最近的点位距离基准站为 1.47 km，最远的点位距离基准站为 59.72 km，对各点观测 30 s时的精度进行分析，水平精度和垂直精度统计图如图4所示：

图4 PPK测量精度与距离关系图

从图4可以看出，在观测同样时间长度下，随着与基准站距离的增加，PPK的观测水平精度和垂直精度随之降低，精度降低的速度与距离增加的程度大致呈线性趋势，对外业观测的数据用TBC进行解算，并将解算结果与真值进行对比，较差分析结果如图5所示：

图5 PPK测量解算结果较差与距离关系图

由图5可以看出，随着与基准站距离的增加，PPK测量解算结果与真值的较差呈现不规则的波动，并没有明显的变化趋势，但在 60 km范围，与真值较差在 2 cm～3 cm之内。

作业时观测环境与信号质量的差异也会对PPK作业产生显著影响，进行基准站选择时，应远离发射塔、高楼等遮挡物，保证足够的卫星高度角，并远离大面积水域，防止多路径效应、电磁波的干扰以及卫星信号被遮挡和反射。

综上分析，随着PPK观测时间长度的增加，测量精度会逐步提高，但提高的程度并不显著，测量结果也随着时间的增加由无规则变化趋于稳定；随着与基准站距离的增加，PPK测量精度会逐步降低，但在 60 km范围内测量结果并没有明显变化，其精度完全满足常规城市测量工作的需要。

4 结 语

(1)PPK测量技术无须在流动站与基准站接收机之间建立实时的通讯链接，因此其测量作业半径更大，观测更为灵活，各个流动站之间点位误差互不传递、不累积，其外业作业模式与RTK相似，数据处理方法与静态测量基本相同，定位精度高。作业时可通过多基站或联测CORS、加入精密星历参与解算等方法来提高测量精度、确保测量成果的可靠性。作业时应就近检核已有的控制点，确保成果的准确性。

(2)为了确保PPK作业模式的准确性，以及整周模糊度的准确解算，在流动站接收机进行观测之前，需进行至少 5 min的初始化测量。由于是事后处理得到测量结果，PPK作业无法在实地放样，流动站接收机在迁站过程中需保持对GNSS信号的持续跟踪，不然失锁后接收机需再次初始化，在实际测绘作业中，该测量技术可以作为RTK技术的补充。

(3)PPK测量精度与观测时间长度、基准站距离等因素有关，观测时间越长、距基准站越近，PPK测量精度越高，但随着时间的变化，改善地并不显著，测量结果与时间、距离的变化并没有明显规律，但随着观测时间的增加会趋于稳定，在 60 km作业范围内，PPK后处理差分定位精度可达到 2 cm～3 cm。