為什麼無人機測量主流現在都不用RTK技術,而是PPK技術?

2020-12-05 百科博客

前言：

無人機被廣泛使用，具有成本低，多任務，無人員傷亡，機動性好，效率高，輻射低的特點，廣泛用於軍事和民用生產的各個方面。

由於GPS具有全天候，高精度和自動測量的特點，目前用於測繪的無人機基本上都使用GPS進行定位和導航。無人機飛行控制的GPS單點定位精度太差。以前，大量的圖像控制點用於校正圖像失真。

但是，在某些特殊地形（如山脈，山谷，河流等）中，野外人員很難部署圖像控制點。為了減少工作量，甚至不需要大多數圖像控制點，並且有必要提高飛機的定位精度，RTK技術和PPK技術可以達到釐米級的精度。

下面我們從RTK和PPK的兩個技術原理出發，進行比較分析，以找到更適合GPS空中定位的方法。

一

RTK的工作原理

RTK（實時運動）測量系統通常包括三個部分：

即，GPS接收設備，數據傳輸系統和實現動態測量的軟體系統。 RTK測量技術基於載波相位觀測，並具有快速，高精度的定位功能。載波相位微分測量技術可以實時獲得測量站在指定坐標系中的三維定位結果，並具有釐米級的定位精度。

RTK測量的工作原理是：

將一個接收器放在基站上，將另一個接收器放在載波上（稱為移動站）。基站和移動站同時接收由同一GPS衛星發送的信號。將獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，以獲得GPS差分校正值。然後，將該校正值通過無線電數據鏈路站及時發送到公共衛星的移動站，以細化其GPS觀測值，以便在差分校正後獲得更準確的移動站實時位置。

目前，主流廠商RTK的定位平面精度可以達到8mm + 1ppm，仰角精度可以達到15mm + 1ppm。基站和移動臺之間主要有兩種通信方法：無線電臺和網絡。廣播電臺信號穩定，網絡信號傳輸距離長，各有千秋。

二

PPK的工作原理

PPK（後處理運動學，GPS動態後處理差分）技術的工作原理是使用基站接收機進行同時觀測，並至少使用一個移動接收機進行GPS衛星的同時觀測。也就是說，基站保持連續。觀察初始化後，流動站移動到下一個要確定的點，並且有必要在搬遷期間保持對衛星的連續跟蹤，以轉移衛星的模糊性。整周到預定的時間。

由參考站和流動站同時接收的數據在計算機中線性組合，以形成虛擬載波相位觀測值，以確定接收器之間的相對位置。最後，引入參考站的已知坐標以獲得流動站的三維坐標。

PPK技術是最早的GPS動態差分技術（也稱為半動態方法，準動態相對定位方法，停走方法），它與RTK技術的主要區別在於：在基站和流動站上這是建立實時數據傳輸（如RTK）所必需的，但是在進行定位觀察之後，兩個GPS接收器收集的定位數據將在測量後進行聯合處理，以計算出相應時間移動站的坐標位置。流動站不受嚴格限制。其優點是定位精度高，工作效率高，工作半徑大，操作簡便。

三

RTK和PPK的比較

RTK和PPK相似

1.操作模式相同。兩種技術都使用參考站加流動站的操作模式。

2.兩種技術都需要在操作之前進行初始化。

3.兩者都可以達到釐米級的精度。

RTK和PPK之間的區別

1.通訊方式不同。 RTK技術需要無線電臺或網絡來傳輸差分數據。 PPK技術不需要通信技術的支持，並且可以記錄靜態數據。

2.定位方法不同。 RTK所使用的實時定位技術使您可以隨時在流動站上查看測量點的坐標和精度； PPK定位是一種後處理定位，該點的坐標無法在現場看到。它需要後處理才能看到結果。

3.工作半徑不同。 RTK操作受通信站的限制。操作距離一般不超過10 km。網絡模式需要網絡信號覆蓋的區域。使用PPK技術，一般操作半徑可以達到50 km。

4.衛星信號的影響程度不同。在RTK操作過程中，如果它位於大樹等障礙物附近，很容易失鎖；而在PPK操作中，初始化後，通常不容易丟失鎖。

5.不同的定位精度。 RTK平面精度8mm + 1ppm，高程精度15mm + 1ppm PPK平面精度2.5mm + 0.5ppm，高程精度5mm + 0.5ppm。

6.不同的定位頻率。 RTK基站發送差分數據和移動站接收的頻率一般為1-2 HZ，PPK的最大定位頻率可以達到50HZ。

對比分析：

1.無人機在空中的飛行速度非常快，需要很高的定位頻率。 RTK技術的實時導航很難達到這種條件。 PPK支持50HZ的定位頻率，完全可以滿足需求。

2. RTK實時提供位置信息。 PPK可以通過後處理在一段時間內解決曆元數據。不僅可以提高固定速率，而且解析度精度更高。

3. RTK需要無線電或網絡通信模塊，而PPK則不需要，這可以減少無人機的負擔並延長飛機的飛行壽命。

4. RTK的行駛距離有限，PPK的行駛距離可達50km。在長距離和大型作業區域，特別是皮帶區域，如輸電線路，公路，鐵路，石油和天然氣管道，PPK將是最佳選擇。

四

總結一下

儘管RTK可以實時提供高精度的位置信息，但是在無人機的應用中當前存在很大的技術困難。 PPK相對於RTK的最大優勢在於它可以事後進行處理，並且可以進行反向濾波（反向卡爾曼濾波器），從而可以解決某些衛星失鎖的問題，並通過融合和反向提高定位精度。

PPK技術是一種空間定位技術，隨著技術的發展，它更適合安裝在無人機上。無人機技術正變得越來越成熟。大規模操作比傳統的RTK測量更有效率。 PPK技術顯然在無人機領域具有廣闊的發展前景。 PPK技術必將成為無人機在測繪中的支柱。

資料來源：RTK之家

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