Trimble RTX實(shí)時(shí)定位精度評(píng)估

陳超賢 李祖寧 陳光 洪明泉 王紫燕 林靜茹

摘要：通過對(duì)布設(shè)于浮臺(tái)上高頻GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)RTK處理來驗(yàn)證Trimble RTX實(shí)時(shí)定位的精度，經(jīng)過對(duì)比測(cè)試認(rèn)為RTX技術(shù)的水平精度可達(dá)10cm以內(nèi)，高程向可達(dá)20cm以內(nèi)。同時(shí)測(cè)試發(fā)現(xiàn)高頻GPS實(shí)時(shí)處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)浮臺(tái)精確運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過與強(qiáng)震儀的模擬仿真位移記錄對(duì)比驗(yàn)證高頻GPS位移記錄及其精度是穩(wěn)定和可靠的，可以作為有效的“地震位移計(jì)”來使用，可以應(yīng)用于地震烈度速報(bào)、地震預(yù)警和快速獲取震源破裂過程，尤其在特大地震發(fā)生后發(fā)揮其獨(dú)特的作用。

關(guān)鍵詞：Trimble RTX;單點(diǎn)定位;GPS;實(shí)時(shí);RTK

1、簡(jiǎn)介

高頻精密單點(diǎn)定位技術(shù)是獲取高精度地表形變，建筑、橋梁形變的有效手段，高頻精密單點(diǎn)定位技術(shù)可以直接獲取高精度位移信息，而且不存在限幅，但存在著信噪比低，信號(hào)穩(wěn)定性差等缺陷。目前天寶公司針對(duì)高頻精密單點(diǎn)定位需求提供了Trimble RTX全球高精度定位服務(wù)，標(biāo)稱精度可達(dá)4cm以內(nèi)[1]。為了對(duì)該服務(wù)精度進(jìn)行驗(yàn)證，以福建省地震局開展的水庫(kù)氣槍震源激發(fā)浮臺(tái)為載體，在浮臺(tái)上的四個(gè)角分別布設(shè)四臺(tái)高頻GPS接收機(jī)和四臺(tái)強(qiáng)震儀[2]，分別通過高頻RTK實(shí)時(shí)處理技術(shù)，強(qiáng)震儀數(shù)據(jù)位移仿真及RTX實(shí)時(shí)處理技術(shù)得到浮臺(tái)運(yùn)動(dòng)的三分量位移軌跡，并對(duì)位移軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比處理來檢驗(yàn)Trimble RTX實(shí)時(shí)定位技術(shù)的精度，經(jīng)測(cè)試在實(shí)際觀測(cè)中Trimble RTX的水平精度在10cm以內(nèi)，高程精度在20cm以內(nèi)。

2、Trimble RTX技術(shù)介紹

Trimble RTX技術(shù)基于在全球部署的120個(gè)左右的跟蹤基站形成的全球跟蹤基站網(wǎng)絡(luò)，對(duì)GNSS觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和存貯，將GNSS觀測(cè)值時(shí)發(fā)送給分別位于歐洲和美國(guó)的控制中心，控制中心對(duì)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(luò)的方式廣播給服務(wù)授權(quán)的終端用戶，形成了無需CORS基準(zhǔn)站及VRS網(wǎng)絡(luò)的精密單點(diǎn)定位的效果，如圖1所示。目前已經(jīng)形成支持包括中國(guó)北斗、美國(guó)GPS、俄羅斯Glonass、歐洲Galileo、日本QZSS在內(nèi)的全星座，全頻率，通過L波段通訊衛(wèi)星覆蓋全中國(guó)（全球）的定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)[3]。

3、基于浮臺(tái)的高頻精密單點(diǎn)定位精度評(píng)估

2018年6月1日至6月25日福建省地震局在沙溪口水庫(kù)和山美水庫(kù)實(shí)施水庫(kù)氣槍震源激發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氣槍震源激發(fā)浮臺(tái)運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)三維監(jiān)控，布設(shè)了4臺(tái)高頻GPS接收機(jī)，其中3臺(tái)布設(shè)于浮臺(tái)三個(gè)角，以監(jiān)測(cè)其浮臺(tái)的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，另外1臺(tái)布設(shè)于近岸作為實(shí)時(shí)差分處理的參考站（圖2）。同時(shí)3臺(tái)高頻GPS接收機(jī)的觀測(cè)資料都通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綇B門總指揮部通過高頻GNSS軟件對(duì)高頻GNSS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)單厲元RTK解算，再通過浮臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)顯示軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)浮臺(tái)運(yùn)動(dòng)的軌跡監(jiān)控。

為了使浮臺(tái)能夠成為一個(gè)良好的測(cè)試儀器平臺(tái)，我們對(duì)浮臺(tái)的四個(gè)角進(jìn)行了掛重設(shè)計(jì)，使浮臺(tái)在每次氣槍激發(fā)后都基本能夠回到原來的初始位置，通過統(tǒng)計(jì)每次氣槍激發(fā)后浮臺(tái)漂移然后回到平衡位置與初始激發(fā)前位置的偏差，我們可以得到浮臺(tái)穩(wěn)定性控制的精度，如圖3所示，從圖上我們可以看出，安砂沙溪口水庫(kù)激發(fā)453次后浮臺(tái)位移精度在1m內(nèi)可達(dá)到99.6%，高度的重復(fù)性使得浮臺(tái)成為一個(gè)可靠的理想的測(cè)試平臺(tái)。為了驗(yàn)證天寶最新的實(shí)時(shí)定位技術(shù)RTX的實(shí)時(shí)解算的精度，我們對(duì)同一臺(tái)接收機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，以RTK數(shù)據(jù)技術(shù)處理的數(shù)據(jù)為對(duì)比基準(zhǔn)。從圖4到圖6可以看出RTX數(shù)據(jù)解算結(jié)果的東西向精度在4.8cm，南北方向的精度在8.4cm，高程上的精度15.4cm，水平方向的精度比較好。

除了以RTK處理結(jié)果作為對(duì)RTX定位技術(shù)進(jìn)行精度評(píng)估的參考基礎(chǔ)，為了更準(zhǔn)確驗(yàn)證RTX的精度，我們還在浮臺(tái)的四個(gè)角安裝了強(qiáng)震儀，通過對(duì)強(qiáng)震儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真位移，對(duì)氣槍激發(fā)時(shí)瞬間的三分量位移信號(hào)進(jìn)行了處理，作為對(duì)比RTX的精度的參考。從圖7可以看出高頻GPS在水平向與強(qiáng)震儀的仿真位移穩(wěn)合得比較好，特別是NS方向，垂直向的位移由于高頻GPS的噪聲比較大，對(duì)比精度稍微差一些。通過對(duì)布設(shè)于浮臺(tái)上高頻GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)RTK處理以及RTX技術(shù)實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的對(duì)比測(cè)試認(rèn)為RTX技術(shù)的水平精度可達(dá)10cm以內(nèi)，高程向可達(dá)20cm以內(nèi)，同時(shí)測(cè)試發(fā)現(xiàn)高頻GPS實(shí)時(shí)處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)浮臺(tái)精確運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)時(shí)處理的高頻GPS位移記錄及其精度是穩(wěn)定和可靠的，可以作為有效的“地震位移計(jì)”來使用，可以應(yīng)用于地震烈度速報(bào)、地震預(yù)警和快速獲取震源破裂過程，尤其在特大地震發(fā)生后發(fā)揮其獨(dú)特的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐以廳，宋濟(jì)宇. Trimble RTX技術(shù)綜述.測(cè)繪通報(bào).2014.2：137-138.

[2]陳超賢等. 浮臺(tái)三維GPS實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件的開發(fā)及應(yīng)用.中國(guó)高新技術(shù)， 2017，1（10）：6-8.

[3]KRZYZEK R. Verification of applicability of the Trimble RTX satellite technology with xFill function in establishing surveying control networks[J]. Geodesy & Cartography，2013，62（ 2） ： 217-233.

福建省地震局 福建 福州 350003

基金項(xiàng)目：福建省地震局青年科技基金項(xiàng)目：Y20193