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远离海岸的GPS测量技术研究

[摘要]通过PPK和星站差分技术的联合应用，解决远离海岸的海上风电场设计及勘察

专业对各工点的测量精度要求，并对其可行性进行了详细的分析论证。

[关键词]PPK星站差分海上风电场

1概述

近来来，随着国家开发新能源步伐的加快，海上风力发电已成为风力发电的一个重

要方向。海上风力资源丰富，比陆地风力发电产能大，环境影响小，经济价值高，但是

相应的建设和维护的技术难度比陆地风电也大了很多，对各专业也提出了新的技术挑战。

目前，海上定位系统95%以上使用DGPS，差分数据主要使用交通部设立的海岸信标台，

这套系统为地方差分系统(LocalAreaDifferentialGPS)，精度为5m以内，信号无偿使用。

对于高精度用户，厘米级的RTK及VRS定位技术已经被越来越多的部门使用。

在远离海岸50-100KM范围内，通讯电台信号无法传递，VRS基站信号时有时无，

常规的测量手段已无法保证点位测量精度。为了满足远离海岸的海上风电场1:500、

1:1000、1:2000大比例尺及1:5000中比例尺地形测量、设计专业风机放样、微观选址、

日常勘察钻孔放样、钻孔复测以及风机建后期的变形监测，我们通过研究分析，决定采

用PPK和星站差分技术联合作业，并对其精度进行了详细的分析论证。

2技术原理及作业方法

PPK技术又称GPS动态后处理差分技术、准动态相对定位技术，它与RTK的主要

区别在于：无需建立实时数据链，而是在定位观测过后，对两台或多台GPS接收机采集

的同步定位数据进行后差分处理，求取整周模糊度，代入基准站和流动站之间形成的同

步观测虚似载波相位观测量，确定接收机之间的相对位置，并经基准站坐标转换，从而

计算出流动站在对应时间上的三维坐标。其基准站和流动站之间的距离没有严格的限制，

定位精度高，作业半径大，操作简便，但流动站需要在移动过程中保持对卫星的连续跟

踪。

理论上来讲，所有的GPS接收机均可做PPK定位测量，作业时，取一台或两台GPS

接收机架设在已知点上作为基准站，设置好采样间隔，卫星高度角等，开机采集数据。

流动站的设置比较简单，只需要将采样间隔和基准站设成一致即可，如采用的流动站有

PPK作业模式，相应地设置选项会多一些，比如点名、编码、自动采集设置等等。流动

站设置完成后即可和测深仪连接，进行水下地形测量，如用于后期风机变形监测，可将

流动站固定长时间静态测量，通过后期高精度数据处理，相对精度可达到mm级。

广域差分技术的发展和应用，使得GPS定位精度进一步提高，作用范围进一步扩大，

现在投入运行的主要有：Fugro公司的StarFix，Racal(Thales)公司的SkyFix，NavCom、

CC公司联合美国JPL试验室开发的StarFire（RTG）等广域差分系统，系统结合Internet

技术，使用双频GPS有效的消除电离层、大气层、轨道、时钟等误差，水平定位精度提

高到分米级，垂直精度达到70cm，差分数据通过海事通讯卫星播发，除两极之外覆盖全

球范围，但费用较高。星站差分技术属于广域差分中的一种，利用地球同步卫星播发的

差分信号进行定位，地球同步卫星差分信号稳定，使用免费，覆盖范围广，无区域限制，

能够实时显示三维坐标及数据精度。

星站机作业时和CORS系统基本类似，只需一台具备星站差分功能的GPS接收机及

相应配套手簿、软件即可，开机后切换至星站差分模式，选择日本两颗免费地球同步卫

星129，137进行差分定位，根据手簿上显示的实时三维坐标及数据采样精度，进行现场

风样放样、微观选址、钻孔放样复测等定位测量。

3精度与可行性分析

为了达到上述目标，我们先后多次采集数据，模拟现场试验条验，进行精度的估算

和方案可行性研究。

3.1仪器设备及处理软件

采用的主要仪器为南方S750星站差分机，TopconHiper+GPS静态接收机、TopconGIS

数据采集器GSM-2及带有PPK模式的南方S9600静态GPS接收机，使用软件为天宝

TTC/TGO、莱卡LGO、拓普康Pinnacle和南方GPS_QUICK。

3.2研究方法

首先进行的星站差分定位精度分析：分别采用南方S750和GSM-2在已知点位上

进行连续不间断测量，观测时间5-7天，