利用Trimble RTX后處理技術(shù)開展港口控制測量

柯 敏，王旭杰

(1.天津水運工程勘察設(shè)計院有限公司 天津市水運工程測繪技術(shù)重點實驗室，天津 300456；2.天津臨港港務(wù)集團有限公司，天津 300452)

Trimble RTX(Real-Time eXtended)實時差分擴展技術(shù)是Trimble新近開發(fā)的一種定位技術(shù)，它把多種創(chuàng)新技術(shù)結(jié)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(luò)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(wù)[1]。Trimble CenterPoint RTX post-processing(簡稱RTX-PP)是Trimble公司免費提供的RTX后處理在線解算服務(wù),用戶通過Trimble RTX-PP網(wǎng)站在線上傳符合相關(guān)觀測要求的GNSS靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)，選取特定的坐標(biāo)框架(系統(tǒng))、地殼板塊模型后通過電子郵件方式獲取對應(yīng)的解算成果。在成果解算精度控制方面，RTX-PP后處理除了通過相關(guān)算法模型消除或削弱影響定位的各項誤差外，同時還進行衛(wèi)星和接收機天線校正、固體潮汐、波浪潮、海潮加載效應(yīng)、相對論修正、相位疊加、代碼和載波相位偏差等解算校正。

目前RTX-PP提供多種坐標(biāo)框架下的解算服務(wù)，包括國內(nèi)比較常用的ITRF2014(當(dāng)前歷元、歷元2010.0)、ITRF2008(當(dāng)前歷元、歷元2005.0)、ITRF2005(歷元2000.0)及CGCS2000等。國內(nèi)對于RTX-PP后處理技術(shù)系統(tǒng)介紹及精度統(tǒng)計分析的文獻資料較少，文獻[2-4]通過RTX-PP技術(shù)獲取單個控制點的CGCS2000坐標(biāo)，表明直接解算的控制點坐標(biāo)精度為分米級，利用高精度速度場模型，通過框架變換和歷元變換可獲得單個控制點厘米級CGCS2000坐標(biāo)；文獻[5]通過RTX-PP技術(shù)獲取小范圍3個間距小于460 m的控制點在ITRF2008框架2012.577歷元下坐標(biāo)，表明在指定參考框架及歷元下解算精度約為1～2 cm。

上述文獻僅對單個控制點的CGCS2000坐標(biāo)或小范圍少量控制點的非CGCS2000坐標(biāo)進行計算說明，對于工程區(qū)域大范圍多個控制點的CGCS2000坐標(biāo)還缺乏相關(guān)的統(tǒng)計分析資料。本文以某港口工程控制點測量項目為例，通過RTX-PP技術(shù)獲取該工程大范圍多個控制點的CGCS2000坐標(biāo)，與采用規(guī)范[6]規(guī)定的常規(guī)靜態(tài)解算方式獲取的CGCS2000坐標(biāo)進行對比分析，探討采用RTX-PP技術(shù)獲得港口工程大范圍多個控制點的高精度CGCS2000坐標(biāo)的可行性，以期推廣其應(yīng)用領(lǐng)域。

1 港口工程控制點情況

圖1 控制點分布圖Fig.1 Control point distribution

該工程位于天津臨港經(jīng)濟區(qū)東北側(cè)，為滿足港區(qū)后續(xù)施工建設(shè)需要，在指定位置新布設(shè)GPS2、GPS3及GPS4共3個控制點，并與周邊已有的JM23、LGC1及GPS1共3個C級GPS控制點，按照D級GPS進行靜態(tài)聯(lián)測，解算新布設(shè)控制點的CGCS2000坐標(biāo)，外業(yè)觀測時間為2018年5月21日?？刂泣c間東西長約9.5 km，南北寬約7.2 km，所圍成區(qū)域面積約37 km2，控制點分布見圖1。

外業(yè)觀測按照D級GPS靜態(tài)觀測方式，將6臺Trimble雙頻GPS接收機架設(shè)在各個控制點上進行同步觀測。觀測時段數(shù)為2，其中時段一觀測時長不小于2 h，時段二觀測時長不小于1 h，數(shù)據(jù)采樣間隔均為15 s。

外業(yè)靜態(tài)觀測結(jié)束后，利用Convert To RINEX軟件將原始觀測T01、T02文件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準RINEX V2.11格式文件。采用TEQC(Translation ,Editing and Quality Checking)軟件對觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查，結(jié)果顯示數(shù)據(jù)質(zhì)量整體較好。

表1 控制點靜態(tài)解算成果表Tab.1 Control point static calculation results

2.1 靜態(tài)解算成果

利用專業(yè)GNSS數(shù)據(jù)處理軟件，按照規(guī)范[6]中D級GPS測量要求對靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)進行基線處理、三維自由網(wǎng)平差及二維約束網(wǎng)平差，通過已知控制點JM23、LGC1及GPS1的CGCS2000坐標(biāo)，解算控制點GPS2、GPS3及GPS4的CGCS2000坐標(biāo)?？刂泣c解算各項精度指標(biāo)均滿足限差要求，成果見表1。

2.2 RTX-PP解算成果

將各站點靜態(tài)觀測文件(.**o文件)分別上傳至Trimble公司RTX后處理服務(wù)中心(網(wǎng)址為https://www.trimblertx.com/UploadForm.aspx)，坐標(biāo)系統(tǒng)選取CGCS2000，地殼板塊模型選取Auto-detected自動檢測。收到在線解算的控制點CGCS2000三維空間坐標(biāo)X、Y、Z后，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件將其轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)x、y，結(jié)果見表2。

表2 RTX-PP解算成果表Tab.2 RTX-PP calculation results

從表2可以得出：同一站點，2 h觀測時長與1 h觀測時長解算結(jié)果基本一致，其中北坐標(biāo)互差最大為1.1 cm，最小為0.1 cm；東坐標(biāo)互差最大為2.2 cm，最小為0.1 cm。不同觀測時段及不同觀測時長解算成果符合性較好。

2.3 解算成果對比

以控制點已知或靜態(tài)解算成果作為真值，將RTX-PP解算成果與其進行對比，統(tǒng)計坐標(biāo)差值情況及外符合精度，其中外符合精度σ外計算公式為

式中：l0為控制點已知或靜態(tài)解算值；li為RTX-PP解算值，差值△i=li-l0。統(tǒng)計結(jié)果見表3。

分別統(tǒng)計不同觀測時長下，北坐標(biāo)差值△x、東坐標(biāo)差值△y的分布情況，結(jié)果見圖2。

從表2、表3及圖2可以得出：(1)RTX-PP解算的CGCS2000坐標(biāo)成果精度為分米級，解算結(jié)果中北坐標(biāo)差值約為2～3 cm，中誤差為2.7 cm；東坐標(biāo)差值約為14～16 cm，中誤差為15.2 cm；(2)RTX-PP與靜態(tài)解算的坐標(biāo)差值具有方向一致性，北方向、東方向坐標(biāo)差值均為正值；(3)2 h觀測數(shù)據(jù)與1 h觀測數(shù)據(jù)的RTX-PP解算精度基本一致，沒有顯著差別，外業(yè)觀測中延長1 h觀測時長對解算精度影響不大；(4)外業(yè)觀測采用GPS單星接收機或GPS+GLONASS雙星接收機對RTX-PP解算精度影響不顯著，單星或雙星解算精度無明顯差別。

2-a 北坐標(biāo)差值統(tǒng)計2-b 東坐標(biāo)差值統(tǒng)計圖2 控制點坐標(biāo)差值分布圖Fig.2 Distribution chart of coordinate difference of control points

根據(jù)文獻[7]及相關(guān)資料，對于2017年3月23日及以前的觀測數(shù)據(jù)，RTX-PP默認解算坐標(biāo)系統(tǒng)為ITRF2008框架當(dāng)前歷元；2017年3月23日以后的觀測數(shù)據(jù)，RTX-PP默認解算坐標(biāo)系統(tǒng)為ITRF2014框架當(dāng)前歷元。其他坐標(biāo)成果均為系統(tǒng)根據(jù)上述對應(yīng)解算成果，通過歷元轉(zhuǎn)換及框架變換所得，具體方法文獻[8-9]均有說明。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度主要受歷元轉(zhuǎn)換精度影響，而歷元轉(zhuǎn)換與高精度速度場(板塊模型)相關(guān)，本次RTX-PP解算成果是基于MORVEL56模型[10]下的Eurasia歐亞板塊歐拉矢量求得，由于歐亞板塊覆蓋區(qū)域太大、模型不夠精細。因此整體精度不高，影響本次工程區(qū)域坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度，造成RTX-PP解算的CGCS2000坐標(biāo)成果精度為分米級。

表4 控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度統(tǒng)計表Tab.4 Control point coordinate conversion accuracy statistics

目前對控制點精度檢核方法較多，本次通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四參數(shù)法[11]，檢核RTX-PP解算成果與靜態(tài)解算成果間的符合情況，轉(zhuǎn)換公式如下

式中：(x1，y1)、(x2，y2)為控制點不同平面坐標(biāo)；x0、y0為平移參數(shù)；ε為旋轉(zhuǎn)參數(shù)；κ為尺度參數(shù)。根據(jù)表1控制點坐標(biāo)及表2控制點坐標(biāo)(1 h觀測數(shù)據(jù))，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件求解四參數(shù)后，將四參數(shù)返回代入RTX-PP解算坐標(biāo)，計算回代轉(zhuǎn)換坐標(biāo)與靜態(tài)解算坐標(biāo)的差值及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果見表4。

由表4可以得出：RTX-PP解算坐標(biāo)經(jīng)過回代轉(zhuǎn)換后，與靜態(tài)解算坐標(biāo)差值中vx最大值為1.1 cm、vy最大值為2.1 cm、vp最大值為2.3 cm，北方向、東方向及點位中誤差分別為0.6 cm、1.2 cm及1.3 cm。

為進一步分析RTX-PP解算精度，采用基線比較法進行驗證。以靜態(tài)觀測獲取的控制點之間空間基線長度作為真值，將RTX-PP直接解算(1 h觀測數(shù)據(jù))的控制點三維空間坐標(biāo)X、Y、Z反算的空間基線長度作為檢測值，統(tǒng)計結(jié)果見表5。

表5 控制點間空間基線長度對比表Tab.5 Comparison of space baseline length between control points

通過表4及表5結(jié)果可知，RTX-PP解算坐標(biāo)與靜態(tài)解算坐標(biāo)符合性很好，相對精度很高。

3 結(jié)論

本文以某港口工程控制點測量為例，通過RTX-PP技術(shù)解算控制點的CGCS2000坐標(biāo)，并與靜態(tài)解算坐標(biāo)進行對比分析，主要結(jié)論如下：

(1)通過RTX-PP可方便快速獲取控制點CGCS2000坐標(biāo)，成果絕對精度為分米級，其中北坐標(biāo)精度優(yōu)于3 cm、東坐標(biāo)精度約為15 cm。

(2)RTX-PP解算控制點空間基線相對精度很高，最弱基線邊相對精度優(yōu)于1:100 000，滿足《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T18314-2009)中D級基線相對精度不低于1×10-5要求。

(3)RTX-PP測量成果內(nèi)符合精度較高，基線相對精度較高，在已有較少高等級控制點的情況下，可以通過平移、旋轉(zhuǎn)強制符合的方法獲得控制網(wǎng)測量成果。在有高精度速度場的條件下，可以增加高精度速度場和歷元改正。