柯 敏，王旭杰

(1.天津水運(yùn)工程勘察設(shè)計院有限公司 天津市水運(yùn)工程測繪技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456；2.天津臨港港務(wù)集團(tuán)有限公司，天津 300452)

Trimble RTX(Real-Time eXtended)實(shí)時差分?jǐn)U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(jìn)行厘米級實(shí)時定位，能夠在不采用基準(zhǔn)站、電臺或網(wǎng)絡(luò)參考站鏈接的情況下，實(shí)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(fèi)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(xiàng)誤差外，同時還進(jìn)行衛(wèi)星和接收機(jī)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(xiàn)資料較少，文獻(xiàn)[2-4]通過RTX-PP技術(shù)獲取單個控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)，表明直接解算的控制點(diǎn)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(diǎn)厘米級CGCS2000坐標(biāo)；文獻(xiàn)[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(diǎn)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(xiàn)僅對單個控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)或小范圍少量控制點(diǎn)的非CGCS2000坐標(biāo)進(jìn)行計算說明，對于工程區(qū)域大范圍多個控制點(diǎn)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(diǎn)測量項(xiàng)目為例，通過RTX-PP技術(shù)獲取該工程大范圍多個控制點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)情況

圖1 控制點(diǎn)分布圖Fig.1 Control point distribution

該工程位于天津臨港經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，并與周邊已有的JM23、LGC1及GPS1共3個C級GPS控制點(diǎn)，按照D級GPS進(jìn)行靜態(tài)聯(lián)測，解算新布設(shè)控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)，外業(yè)觀測時間為2018年5月21日?？刂泣c(diǎn)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(diǎn)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(jī)架設(shè)在各個控制點(diǎn)上進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)JM23、LGC1及GPS1的CGCS2000坐標(biāo)，解算控制點(diǎn)GPS2、GPS3及GPS4的CGCS2000坐標(biāo)?？刂泣c(diǎn)解算各項(xiàng)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)已知或靜態(tài)解算成果作為真值，將RTX-PP解算成果與其進(jìn)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(diǎn)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(jī)或GPS+GLONASS雙星接收機(jī)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(diǎn)坐標(biāo)差值分布圖Fig.2 Distribution chart of coordinate difference of control points

根據(jù)文獻(xiàn)[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(rèn)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(rèn)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(xiàn)[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(xì)。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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)坐標(biāo)及表2控制點(diǎn)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(diǎn)位中誤差分別為0.6 cm、1.2 cm及1.3 cm。

為進(jìn)一步分析RTX-PP解算精度，采用基線比較法進(jìn)行驗(yàn)證。以靜態(tài)觀測獲取的控制點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)測量為例，通過RTX-PP技術(shù)解算控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)，并與靜態(tài)解算坐標(biāo)進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的情況下，可以通過平移、旋轉(zhuǎn)強(qiáng)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。