基于北斗 PPP-RTK 增强定位的无人机自主巡检的解决方案

一、案例简介

        目前无人机自主巡检依赖 RTK 高精度定位服务，南网辖区输电线路覆盖面广，广西、云南、贵州等地区存在大面积区域没有移动网络、基准站覆盖不全等情况,无法获取网络 RTK 高精度定位服务或者定位精度严重下降，导致无法开展无人机自主巡检，或者无人机在巡检过程中发生拍照模糊、无法巡航甚至坠机及撞线等严重后果，不能有效发挥无人机自主巡检作用，严重影响了线路巡检质量和效率。本项目建设了基于北斗 PPP-RTK 增强定位的无人机自主巡检系统。1)建设北斗PPP-B2b信号接收基站，可以实时稳定地获取并优化 PPP-B2b 精密星历改正数:2)建立了基于 PPP-B2b的卫星硬件延迟与空间大气延迟高精度解算、轻量化建模与播发平台，解决了多源改正信息轻量化加解密技术、基准站突发离线场景下实时通信、快速高精度 PPP-RTK 定位难题:3)研制了电力北斗星基 PPP-RTK 终端，支持单北斗PPP 定位、RTK定位以及基准站服务一体化服务，打破 GPS 向下兼容其它系统的局面，内置场景自适应观测值随机模型和时间相位差分模型，实现快速的分米级至里米级定位，设计主辅一体式工作模式，实时确定当前位置并发送差分改正信息，在不改变无人机工作模式的前提下，保障无公网区域无人机自主高质量巡检。

二、技术方案

        整体解决方案由终端感知层、平台处理层和业务应用层三块组成。

        1)终端感知层方面,针对现有 RTK 设备昂贵、重量大、结构不适配、功能单一的问题,研制星基 PPP-RTK定位终端支撑无人机自主巡检，研究PPP轻量化算法，设计兼容现有机载RTK和独立搭载PPP定位的多样化无人机自主巡检定位模式，研究PPP位置和差分改正信息联合服务方法，融合电台、4G、WIFI等各不同播发模式,实现无人机自主巡检时的稳定高精度定位,解决特殊环境下 RTK 定位精度及稳定性下降的问题，提高无人机自主巡检质量与效率;

        2)平台处理层方面，通过优化PPP-B2b轨道时钟，建立基于PPP-B2b的卫星硬件延迟与低纬度大高差区域大气延迟模型，构建高精度解算、轻量化建模与播发平台，实现无公网条件下基准站突发离线场景下的实时通信、快速高精度 PPP-RTK 定位;

        3)业务应用层方面，基于建成统一机巡系统，建设机巡智航、机巡通 APP、机巡智图、机巡智测机巡云盘、机巡建模6个统一模块，为无人机智能应用提供点云采集、航线规划、自动驾驶、数据管理智能识别、树障分析等全流程管控服务，巡检完成后可自动生成缺陷报告、树障报告，缺陷、隐患自动对接流转电网管理平台实现全业务闭环管控。

三、创新亮点

        星基 PPP-RTK系统支持单北斗作业模式，打破了传统 GPS 向下兼容其它系统的局面，显著提升了系统的自主可控性和安全性，适用于国防和关键基础设施应用等领域。系统摆脱了对公网通信和GNSS基准站的依赖，能够在无公网和无GINSS 基准站信号覆盖的区域实现高精度定位，支撑了全场景全天候高质量无人机自主巡检。本项目创新亮点如下:

        1)提出了地基 RTK 与星基 PPP高精度双线定位方法，统一了地基RTK和星基PPP基准框架，实现了CORS服务区域与无网络环境间的无缝切换。该方法通过收集CORS系统RTK改正数源列表，原始观测值与星基增强改正数，在 RTK源列表获取成功后，使用接收机概略位置请求 CORS 服务器播发 VRS改正数，进行 RTK 位置解算，最后收集 RTK 解算结果和相应可表征位置精度的指标。在得到星基增强改正数后配合广播星历进行改正数匹配以及改正数有效性判断,利用星基PPP高精度定位算法进行定位并收集定位结果，将精度较高的位置结果作为最终结果输出。

        2)提出了轻量级的多误差精准探测与处理方法，基于多验前探测和少验后探测的原则，充分利用能够获取的观测值信息、中间解算信息以及定位结果，提升数据处理效率与结果质量;在此基础上，提出了场景自适应探测技术与随机模型弹性调整技术,，显著改善了星基PPP收敛速度慢、短时定位精度不足的问题，实现了全球分米级快速 PPP及区域厘米级快速 PPP-RTK 定位算法。

        3)研究全球分米级快速 PPP及区域厘米级快速 PPP-RTK 定位算法，统一时空框架，提高定位算法模糊度固定效率，提升解算精度，缩短收敛时间。首次提出电离层和对流层改正增强PPP定位技术，建立大气、模糊度、位置更新的耦合处理机制，提高定位精度和收敛速度;提出轻量级的多误差精准探测与处理方法，基于多验前探测和少验后探测的原则，提升数据处理效率与结果质量。