关键词：PPK事后差分；无人机测图；大比例尺；GNSS
引言
无人机摄影测量中常用的定位技术包括实时动态差分（RTK）和事后动态差分（PPK），两种差分方式原理不同但精度基本一致，由于无人机测图中POS数据的实时采集几乎没有实际意义，PPK技术在无人机测图中的优势逐渐显现，PPK辅助无人机摄影测量的测图方式也变得越来越常见，PPK技术将会逐渐成为无人机测图领域的主要定位技术。
1无人机航测数据处理原理
无人机航测数据处理是在传统航测数据处理理论上优化的结果，航测数据处理的目的是将零散的航片拼成正射影像图，并将其置于控制网之中，主要有两个步骤。首先通过内方位元素将航片拼接起来，其次通过外方位元素将航片坐标转换为控制坐标，总结来说就是内定向和外定向两步。这两步无论是无人机航测还是传统航测都是数据处理的基本原理，而无人机航测是根据数码相片栅格数据的特点在算法上进行了优化，算法核心为光束法空中三角测量，该算法可实现自动内定向，提高航片解析效率。光束法空中三角测量是以航片拍摄时目标点、像位点和摄站点三点共线的条件所建立的空间光线作为整体平差运算中基本单元的空中三角测量。通过各个空间光线的旋转和平移，首先使模型之间公共点的光线实现最佳的交汇实现内定向，其次将整个区域最佳地纳入到控制坐标系统中实现外定向，最终获得数据处理成果。理论上目标点、像位点和摄站点三点位置坐标的精度直接决定了数据处理的精度，如相邻影像公共交会点坐标应相等，但是实际会存在不同程度的误差，因此，获取高精度的位置信息是提高内业处理精度的关键。
2PPK在无人机测图中的优势
PPK是GNSS的一种差分方式，又被称为事后动态差分技术，PPK技术通过OTF初始化快速确定整周模糊度，通过基站和流动站同时观测多个历元，并通过事后的基线解算获得厘米级精度的三位空间位置信息。与RTK不同，PPK技术不需要基站和流动站之间的实时数据链通信，因此PPK相对于RTK作业距离显著增加[3]，PPK技术在无人机摄影测量中的应用很好的弥补了RTK技术距离短以及RTK数据链易断裂的不足，PPK已经成为航测中更稳定高效的定位技术。
3无人机PPK原理
GPS动态差分后处理技术(PPK)是利用同步观测的一台基准站接收机和至少一台流动站接收机对卫星的载波相位进行观测，事后在计算机中进行线性组合，形成虚拟的载波相位观测值，确定接收机之间的相对位置，引入基准站的已知坐标，获得流动站坐标的定位方法。PPK测量需有基准站记录GPS数据，但不需要电台实时传输基准数据，外业测量后再进行内业数据后处理，相对于ＲTK克服了数据传输的局限，作业距离更长。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆无人机PPK即用无人机搭载配备PPK的高精度GNSS接收机，在地面布设一台基准站接收机对卫星的载波相位进行观测，事后在专业的数据处理软件中进行处理，得到每张像片正确的位置信息。而后将获取的每张像片的外方位元素作为带权观测值参与摄影测量区域网平差，这时可以同时获得高精度的内、外方位元素成果，实现更精确的像片定向。
4PPK辅助无人机测图流程
PPK辅助无人机测图包括三个阶段准备阶段、航拍阶段与成图阶段。准备阶段根据测区与测图的要求完成航线的规划与控制点的布设，最常见的像控点布置方案包括航带网法和区域网点法，在保证测图精度的前提下，外业像控越少越好。在航拍阶段，PPK不需要基准站与流动站之间具有实时的数据链通讯，因此PPK辅助无人机测图中基准站与测区距离在50km范围内即可，但PPK的测量精度会受基准站与无人机距离的影响，因此为保证基准站信号质量，要求基准站与测区距离尽量小。在起飞前还需要将设备进行初始化，一般初始化时间为8-10min，在航飞时应按照航线规划要求进行，保证飞机正常工作。数据的处理与成图阶段是通过PPK事后差分获取本次航摄的POS数据，通过无人机成图软件对获得的相片结合相控文件以及POS数据进行制图，获得4D产品，并对成图精度进行分析。
5基于PPK算法的GNSS定位模块
现阶段能提供厘米级精度的GNSS模块一般采用RTK技术和PPK技术，RTK载波相位差分技术是目前广泛使用的GNSS定位模块获取厘米级位置信息的方法。RTK的关键在于数据处理技术和数据传输技术，基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值、相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机，进行求差解算坐标。PPK技术，即动态后处理技术，是利用载波相位进行事后差分处理获取坐标的GNSS定位技术，其系统也是由基准站和流动站组成，其基本工作原理是先储存原始观测值再进行数据处理。RTK技术应用广泛，配套产品较多，但最小的RTK流动站设备重量一般在1－2kg之间，远远超出了无人机的载荷极限，必须进行改造才能进行加装。无人机数据的数据采集原理是先野外获取再进行内业航片和POS的匹配，具备使用PPK技术的前提条件。PPK技术多作为无线电信号不好时对ＲTK的补充，两者采用相同的流动站，并没有专门用于PPK技术的流动站，因此，需对流动站进行拆解，重新进行微型化设计满足无人机使用。流动站的GNSS定位模块主要由GNSS天线、GNSS接收模块、数据传输模块、数据解算模块、PCB控制电路板和电源模块6部分构成，数据存储在GNSS接收模块的内置存储器或控制电路板上的外置存储卡上。首先流动站GNSS天线和GNSS接收模块是必不可少的;其次采用PPK技术，可以减去数据传输模块、数据解算模块;最后若采用外接供电可减去电源模块。精简3个模块的同时重新设计PCB控制电路板，省去相应的控制电路，保留必要功能。经过不断优化，最终成品体积缩小到原来的25%，重量只有150g。
结语
在工程测量中采用无人机PPK技术，机动灵活、工作效率高，且免控条件下空三结果精度及DOM/DSM精度均可满足实际生产需要，但为了进一步提高精度质量，建议在内业处理中添加少量控制点。PPK辅助无人机测图在使用较少像控点的情况下能够满足大比例尺成图的要求。
参考文献
[1]赵志刚.航空摄影测量外业像控点布设的精度分析及应用[D].长安大学，2015.
[2]吴定邦.浅谈无人机航空摄影测量技术在水利工程中的应用[J].江西水利科技，2016，42（1）：57-61.
论文作者:孙志刚
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年21期
论文发表时间:2019/11/29
标签：无人机论文; 流动站论文; 技术论文; 精度论文; 测量论文; 基准论文; 数据处理论文; 《工程管理前沿》2019年21期论文;