Trim ble RTX技術及其在航空攝影工程應用中精度分析

駱生亮 鄭長春

（山西亞太數(shù)字遙感新技術有限公司，山西 太原 030006）

0.引言

Trimble RTX技術從2011年誕生至今，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程，技術不斷更新成熟、定位算法不斷完善、定位質量不斷提升、在中國的覆蓋區(qū)也不斷完善，到2018年已經(jīng)實現(xiàn)對中國區(qū)域的全覆蓋。本文結合實際航空攝影測量工程項目就Trimble RTX技術定位精度進行探討。

1.Trimble RTX技術簡介

Trimble公司得益于在GNSS定位領域30多年的技術積累，在2011年推出了實時差分擴展技術(Real-Time eXtended RTX)，并且逐步完善定位服務性能。Trimble RTX全球跟蹤基站網(wǎng)絡在全球部署了120個左右的跟蹤基站，對GNSS觀測值進行實時跟蹤和存貯，并發(fā)送給分別位于歐洲和美國的控制中心，控制中心對全星座精密衛(wèi)星軌道、鐘差和大氣建模，得到全球精密定位改正數(shù)。全球精密位置改正數(shù)通過L波段衛(wèi)星或者網(wǎng)絡的方式廣播給服務授權的終端用戶。Trimble RTX全球跟蹤基站網(wǎng)絡分布（如圖1所示）：

圖1 Trimble RTX全球跟蹤基站網(wǎng)絡分布圖

2018年4月1日Trimble 公司接入了一顆覆蓋了中亞地區(qū)的衛(wèi)星。這一新的衛(wèi)星將擴大衛(wèi)星差分遞送的可用性，并提高整個中亞地區(qū)的可靠性。自此形成支持包括中國北斗、美國GPS、俄羅斯Glonass、歐洲Galileo、日本QZSS在內(nèi)的全星座、全頻率，覆蓋全中國（全球）的定位服務網(wǎng)絡。Trimble RTX全球覆蓋地區(qū)示意圖（如圖2所示）：

圖2 Trimble RTX全球覆蓋地區(qū)示意圖

2.Trimble RTX技術工作原理

Trimble RTX實時差分擴展技術是Trimble新近開發(fā)的一種定位技術，它把多種創(chuàng)新技術結合在一起，使用戶能在地球表面或靠近地球表面的任何地方進行厘米級實時定位，能夠在不采用基準站、電臺或網(wǎng)絡參考站鏈接的情況下，實現(xiàn)從亞米到厘米精度的GNSS定位服務。這種新定位技術以L波段衛(wèi)星鏈路或互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍生成和交付的精確的衛(wèi)星改正數(shù)據(jù)（軌道、時鐘和系統(tǒng)偏差）作為基礎，從遍布全球的控制站得到的GNSS原始數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至各個數(shù)據(jù)控制中心。為了保證高度的系統(tǒng)可用性，數(shù)據(jù)控制中心是冗余配置的。如果有處理需求，差分改正數(shù)據(jù)流能夠在控制中心和中心內(nèi)部的處理服務器之間自動切換。在控制中心內(nèi)部，通信服務器用于把GNSS網(wǎng)絡觀測數(shù)據(jù)轉發(fā)至數(shù)據(jù)控制服務器。這些服務器主管著GNSS網(wǎng)絡處理器，而網(wǎng)絡處理器的任務是計算精確的軌道、衛(wèi)星時鐘和系統(tǒng)模型誤差，用于全球任何位置的GNSS差分改正。Trimble RTX工作原理（如圖3所示）：

網(wǎng)絡處理器產(chǎn)生的精確衛(wèi)星差分數(shù)據(jù)以CMRx格式進行數(shù)據(jù)壓縮，CMRx是為了采用更高壓縮比傳輸衛(wèi)星差分數(shù)據(jù)以支持RTK定位、Trimble RTX和Trimble xFill而專門開發(fā)的壓縮格式。然后，這些差分改正信息經(jīng)由衛(wèi)星鏈路或互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)接脩舳恕?/p>

圖3 Trimble RTX工作原理圖

3.Trimble RTX技術優(yōu)勢

Trimble RTX融合多種技術方案，包括Trimble CenterPoint RTX技術、實時的標準和快速收斂技術，以及最近發(fā)布的后處理技術、Trimble PivotTMRTX App和Trimble Pivot RTX App-PP基礎設施技術，以及為測量用戶提供的Trimble xFillTM技術.Trimble RTX定位精度（如表1所示）：

表1 Trimble RTX定位精度表

相較于其他定位技術Trimble RTX技術優(yōu)勢包括：

高精度：提供3.8厘米以內(nèi)水平精度。

快速初始化：CenterPoint RTX可在30分鐘內(nèi)收斂至標稱精度，RangePoint RTX可在5分鐘內(nèi)收斂至標稱精度。

GNSS全星座支持：支持北斗、GPS、GLONASS、Galileo和 QZSS。

更穩(wěn)定的服務：RTX衛(wèi)星信號中斷200秒內(nèi)，定位服務持續(xù)工作。

更高效的服務：單機定位，無需額外的基站和電臺及手機網(wǎng)絡信號連接。

快速啟動：早晨在昨晚關閉設備的同一地點啟動設備，將標準初始化時間縮短至5分鐘以內(nèi)。

4.Trimble RTX技術在航空攝影測量工程應用中精度對比

地面控制測量是航空攝影測量工程重要環(huán)節(jié)，要得到精確預處理成果，需要對機載GPS數(shù)據(jù)和地面控制測量同步觀測數(shù)據(jù)進行差分處理，得到飛行精確航跡文件。航空攝影地面控制測量工作包括：圖上設計、現(xiàn)場踏勘、選點、埋石、觀測、數(shù)據(jù)處理等工作。需要耗費大量人力、物力、財力。Trimble RTX技術能夠很好地替代航空攝影測量地面控制測量工作，通過使用RTX技術，可以實時對飛行數(shù)據(jù)進行精確預處理，減少工程人員、設備、資金投入的同時，提高數(shù)據(jù)處理效率。在實際航空攝影測量工程項目中，使用Trimble RTX技術對飛行原始POS數(shù)據(jù)進行預處理，并導出激光點云數(shù)據(jù)，和外業(yè)實地測量數(shù)據(jù)對比分析，確定Trimble RTX技術在航空攝影測量應用中的定位精度。

4.1 數(shù)據(jù)情況

本次實驗采用山西忻州段機載激光Lidar巡線項目數(shù)據(jù)，本架次13:30開機，16:33關機，飛行時長3小時3分鐘，巡查高壓線路長度約70公里。地形為高原、山地，飛行作業(yè)時天氣晴朗。

4.2 PP-RTX解算模式數(shù)據(jù)處理

使用Applanix公司的POSPac MMS8.3軟件PP-RTX航跡解算模式，解算處理本架次飛行原始POS數(shù)據(jù)，輸出.OUT格式航跡文件，使用Riprocess點云處理軟件處理原始激光點云數(shù)據(jù)，輸出激光點云數(shù)據(jù)。

在POSPAC8.3軟件中，新建工程，然后導入飛行原始POS數(shù)據(jù)，設置解算參數(shù)，在解算模式選項中，選擇PP-RTX模式，點擊開始解算，軟件自動在RTX模式下開始解算飛行航跡數(shù)據(jù)。PP-RTX解算模式下觀測衛(wèi)星個數(shù)和PDOP值、GNSS質量控制統(tǒng)計數(shù)據(jù)（如圖4、圖5所示）：

圖4 PP-RTX觀測衛(wèi)星個數(shù)和PDOP值

圖5 PP-RTX GNSS質量控制統(tǒng)計數(shù)據(jù)

解算完成后，使用專業(yè)激光點云數(shù)據(jù)處理軟件，處理并導出激光點云數(shù)據(jù)。

4.3.外業(yè)實地數(shù)據(jù)測量

使用網(wǎng)絡RTK在本架次飛行激光點覆蓋范圍內(nèi)實地測量一定數(shù)量的平面檢查點和高程檢查點，平面檢查點測量（如圖6所示）；高程檢查點測量（如圖7所示）：

圖6 平面檢查點測量

圖7 高程檢查點測量

4.4 激光點云數(shù)據(jù)和外業(yè)實測數(shù)據(jù)精度對比分析

運用專業(yè)激光雷達軟件output control report功能，將激光點云數(shù)據(jù)與外業(yè)實測離散高程點進行高程比對計算，輸出點位高差統(tǒng)計報告（如表2所示）：

表2 高差統(tǒng)計報告

將外業(yè)測量的平面點位導入激光點云數(shù)據(jù)中，一一對應同名點位，輸出同名點位坐標，計算點位平面誤差報告（如表3所示）：

表3 平面誤差報告

對高程、平面精度檢查報告進行整理統(tǒng)計，計算出高程中誤差為0.187米，平面中誤差為0.256米，精度統(tǒng)計結果（如表4所示）：

表4 精度統(tǒng)計結果表

通過上述精度統(tǒng)計結果表可以看出，Trimble RTX技術解算精度能夠滿足一般的航空攝影測量工程項目需求。

5.結束語

Trimble RTX改正技術，針對不同的用戶需求，可以提供厘米級、分米級、亞米級精度的分級服務，已廣泛應用于測繪工程、石油天然氣勘探、精準農(nóng)業(yè)、資產(chǎn)管理、無人駕駛等行業(yè)。特別在地廣人稀、沒有手機信號地區(qū)；CORS基站沒有覆蓋區(qū)域；水上施工，水上測量；中國公司援建的國外項目；不宜架設RTK單基站電臺地區(qū)等情況下，Trimble RTX具有其獨特優(yōu)勢。