科普丨為什麼無人機測量主流現在都不用RTK技術,而是PPK技術?

2020-11-30 澎湃新聞

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前言：

無人機用途廣泛，具有造價低、多任務、無人員傷亡、機動性好、效益高和低輻射等特點，被廣泛運用於軍事和民用生產各個方面。

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都是用GPS進行定位和導航。無人機飛控的GPS單點定位精度太差，之前都是使用大量的像控點去校正影像的畸變。

但是，有些特殊地形（如山川、峽谷、河流等）外業人員很難布設像控點，為了減輕工作量，減少大部分像控點甚至是不需要像控點，就必需提高飛機pos點的精度，RTK技術和PPK技術均可達到釐米級精度。

視頻講解先了解下

以下我們從RTK和PPK這兩種技術原理出發，進行對比分析，以找出更適合應用於GPS空中定位的方法 。

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RTK的作業原理

RTK(Real Time Kinematic)測量系統一般由三部分組成：

即GPS接收設備、數據傳輸系統和實施動態測量的軟體系統。RTK測量技術是以載波相位觀測量為根據的，有快速高精度定位功能的載波相位差分測量技術，它能夠實時獲得測站點在指定坐標系中的三維定位結果，且具有釐米級的定位精度。

RTK測量的工作原理是：

將一臺接收機置於基準站上,另一臺或幾臺接收機置於載體(稱為移動站)上，基準站和移動站同時接收同一時間、同一GPS衛星發射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然後將這個改正值通過無線電數據鏈電臺及時傳遞給共視衛星的移動站精化其GPS觀測值，從而得到經差分改正後移動站較準確的實時位置。

目前主流的廠商RTK的定位平面精度可達8mm+1ppm，高程精度可達15mm+1ppm。基站與移動站之間的通訊方式主要有電臺和網絡兩種，電臺信號穩定，網絡信號傳輸距離遠，各有優點。

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PPK的作業原理

PPK（Post-Processing Kinematic，GPS動態後處理差分）技術的工作原理是利用一臺進行同步觀測的基準站接收機和至少一臺流動接收機，對GPS衛星進行同步觀測；也就是基準站保持連續觀測，初始化後的流動站遷站至下一個待定點，在遷站過程中需要保持對衛星的連續跟蹤，以便將整周模糊度傳遞至待定點。

基準站和流動站同步接收的數據在計算機中進行線性組合，形成虛擬的載波相位觀測量，確定接收機之間的相對位置，最後引入基準站的已知坐標，從而獲得流動站的三維坐標。

PPK技術是最早的GPS動態差分技術方式（又稱半動態法、準動態相對定位法、走走停停(Stop and Go)法），它與RTK技術的主要區別在於：在基準站和流動站之間，不必象RTK那樣，建立實時數據傳輸，而是在定位觀測後，對兩臺GPS接收機所採集的定位數據進行測後的聯合處理，從而計算出流動站在對應時間上的坐標位置，其基準站和流動站之間的距離沒有嚴格的限制。它的優點是定位精度高、作業效率高、作業半徑大、易操作。

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RTK和PPK的比較

RTK和PPK相同點

1.作業模式相同。兩種技術都採用參考站加流動站的作業模式。

2. 兩種技術在作業前都需要初始化。

3. 兩者都能達到釐米級精度。

RTK和PPK不同點

1.通訊方式不同。RTK技術需要電臺或者網絡，傳輸的是差分數據；PPK技術不需要通訊技術的支持，記錄的是靜態數據。

2.定位作業的方式不同。RTK採用的實時定位技術，可以在流動站隨時看到測量點的坐標以及精度情況；PPK定位屬於後處理定位,在現場看不到點的坐標，需要事後處理才能看到結果。

3.作業半徑不同。RTK作業受到通訊電臺的制約，作業距離一般不超過10 km，網絡模式的需要網絡信號全覆蓋的區域；運用PPK技術作業，一般作業半徑可以達到50 km。

4.受衛星信號影響的程度不同。RTK作業時，如果在大樹等障礙物的附近，非常容易失鎖；而PPK作業時，經過初始化後，一般不易失鎖。

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

6.定位頻率不同。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定位頻率最大可達50HZ。

對比分析：

1、無人機空中飛行速度很快，需要很高的定位頻率，用RTK技術實時導航很難達到這個條件，PPK支持50HZ定位頻率，完全滿足需求。

2、RTK實時提供位置信息，PPK可通過後處理方式解算一個周期內的曆元數據不僅可以提高固定率，而且解算精度更高。

3、RTK需要用電臺或者網絡通信模塊，PPK則不需要，減少無人機的負荷，增加飛機續航時間。

4、RTK作業距離有限，PPK作業距離更遠可達50km，在長距離大範圍的作業區域內，尤其是帶狀區域，比如輸電線路、公路、鐵路、油氣管道，PPK將是最佳選擇。

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總結

雖然RTK可以實時提供高精度位置信息，但是目前在無人機的應用上有很大的技術難題。PPK相對於RTK最大的好處就是可以事後處理，逆向濾波（Reverse Kalman Filter），這樣就可以解決一部分衛星失鎖的問題，通過融合解（Forward & Reverse）提高定位精度。

PPK技術是一種更適合搭載在無人機上的空間定位技術隨著科技的發展。無人機技術的日趨成熟，大範圍的作業比傳統RTK測量效率提高很多很多。PPK技術在無人機方面明顯具有更廣闊的發展前景，PPK技術勢必會成為無人機在測繪方面給的中流砥柱。

來源：RTK之家

原標題：《科普丨為什麼無人機測量主流現在都不用RTK技術，而是PPK技術？》

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