一城一北斗|基于北斗PPP-RTK增強定位無人機自主巡檢（智慧資源）

申報單位:中國南方電網有限責任公司

聯(lián)合申報單位:南方電網數字電網科技(廣東)有限公司

主要完成人:樊靈孟、黃林超、李艷飛、陳遠、方陽、吉麗婭

一、案例簡介

目前無人機自主巡檢依賴RTK高精度定位服務，南網轄區(qū)輸電線路覆蓋面廣，廣西、云南、貴州等地區(qū)存在大面積區(qū)域沒有移動網絡、基準站覆蓋不全等情況，無法獲取網絡RTK高精度定位服務或者定位精度嚴重下降，導致無法開展無人機自主巡檢，或者無人機在巡檢過程中發(fā)生拍照模糊、無法巡航甚至墜機及撞線等嚴重后果，不能有效發(fā)揮無人機自主巡檢作用，嚴重影響了線路巡檢質量和效率。本項目建設了基于北斗 PPP-RTK增強定位的無人機自主巡檢系統(tǒng)。1)建設北斗PPP-B2b信號接收基站，可以實時穩(wěn)定地獲取并優(yōu)化PPP-B2b精密星歷改正數;2)建立了基于PPP-B2b的衛(wèi)星硬件延遲與空間大氣延遲高精度解算、輕量化建模與播發(fā)平臺，解決了多源改正信息輕量化加解密技術、基準站突發(fā)離線場景下實時通信、快速高精度PPP-RTK定位難題;3)研制了電力北斗星基PPP-RTK終端，支持單北斗PPP定位、RTK 定位以及基準站服務一體化服務，打破GPS向下兼容其它系統(tǒng)的局面，內置場景自適應觀測值隨機模型和時間相位差分模型，實現快速的分米級至厘米級定位，設計主輔一體式工作模式，實時確定當前位置并發(fā)送差分改正信息，在不改變無人機工作模式的前提下，保障無公網區(qū)域無人機自主高質量巡檢。

二、技術方案

整體解決方案由終端感知層、平臺處理層和業(yè)務應用層三塊組成。

1)終端感知層方面,針對現有RTK設備昂貴、重量大、結構不適配、功能單一的問題,研制星基PPP-RTK定位終端支撐無人機自主巡檢，研究PPP輕量化算法，設計兼容現有機載RTK和獨立搭載PPP定位的多樣化無人機自主巡檢定位模式，研究PPP位置和差分改正信息聯(lián)合服務方法，融合電臺、4G、WIFI等各不同播發(fā)模式，實現無人機自主巡檢時的穩(wěn)定高精度定位，解決特殊環(huán)境下RTK定位精度及穩(wěn)定性下降的問題，提高無人機自主巡檢質量與效率;

2)平臺處理層方面，通過優(yōu)化PPP-B2b軌道時鐘，建立基于PPP-B2b的衛(wèi)星硬件延遲與低緯度大高差區(qū)域大氣延遲模型，構建高精度解算、輕量化建模與播發(fā)平臺，實現無公網條件下基準站突發(fā)離線場景下的實時通信、快速高精度PPP-RTK定位;

3)業(yè)務應用層方面，基于建成統(tǒng)一機巡系統(tǒng)，建設機巡智航、機巡通APP、機巡智圖、機巡智測、機巡云盤、機巡建模6個統(tǒng)一模塊，為無人機智能應用提供點云采集、航線規(guī)劃、自動駕駛、數據管理、智能識別、樹障分析等全流程管控服務，巡檢完成后可自動生成缺陷報告、樹障報告，缺陷、隱患自動對接流轉電網管理平臺實現全業(yè)務閉環(huán)管控。

三、創(chuàng)新亮點

星基PPP-RTK系統(tǒng)支持單北斗作業(yè)模式，打破了傳統(tǒng)GPS向下兼容其它系統(tǒng)的局面，顯著提升了。打破傳統(tǒng)的自主可控性和安全性，適用于國防和關鍵基礎設施應用等領域。系統(tǒng)擺脫了對公網通信和GNSS站的依賴，能夠在無公網和無GNSS基準站信號覆蓋的區(qū)域實現高精度定位，支撐了全場景全天候高廊無人機自主巡檢。本項目創(chuàng)新亮點如下:

1)提出了地基RTK與星基PPP高精度雙線定位方法，統(tǒng)一了地基RTK和星基PPP基準架，了CORS服務區(qū)域與無網絡環(huán)境間的無縫切換。該方法通過收集CORS系統(tǒng)RTK改正數源列表，原始測值與星基增強改正數，在RTK源列表獲取成功后，使用接收機概略位置請求CORS服務器播發(fā)VRS正數，進行RTK位置解算，最后收集RTK解算結果和相應可表征位置精度的指標。在得到星基增強改數后配合廣播星歷進行改正數匹配以及改正數有效性判斷，利用星基PPP高精度定位算法進行定位并收定位結果，將精度較高的位置結果作為最終結果輸出。

2)提出了輕量級的多誤差精準探測與處理方法，基于多驗前探測和少驗后探測的原則，充分利用能夠獲取的觀測值信息、中間解算信息以及定位結果，提升數據處理效率與結果質量;在此基礎上，提出了場景自適應探測技術與隨機模型彈性調整技術，顯著改善了星基PPP收斂速度慢、短時定位精度不足的問題，實現了全球分米級快速PPP及區(qū)域厘米級快速PPP-RTK定位算法。

3)研究全球分米級快速PPP及區(qū)域厘米級快速PPP-RTK定位算法，統(tǒng)一時空框架，提高定位算法模糊度固定效率，提升解算精度，縮短收斂時間。首次提出電離層和對流層改正增強PPP定位技術，建立大氣、模糊度、位置更新的耦合處理機制，提高定位精度和收斂速度;提出輕量級的多誤差精準探測與處理方法，基于多驗前探測和少驗后探測的原則，提升數據處理效率與結果質量。