Trimble RTX-PP在長江中游河段靜態(tài)數(shù)據(jù)解算中的精度分析

付強(qiáng)　王超　黎鵬

摘要：為了解決在沒有足夠測繪基礎(chǔ)設(shè)施地區(qū)的施測問題，在長江中游河段河道勘測中，使用Trimble RTX-PP服務(wù)獲得了在ITRF2014框架下當(dāng)前歷元的解算結(jié)果。與高精度GNSS數(shù)據(jù)分析軟件GAMIT/GLOBK的解算結(jié)果進(jìn)行對比分析，以評定RTX-PP的絕對定位精度;研究了RTX-PP直接獲取CGCS2000坐標(biāo)的計(jì)算精度。結(jié)果表明：在24 h的觀測時(shí)長下，RTX-PP的定位精度優(yōu)于1 cm;重新應(yīng)用速度場模型后的坐標(biāo)精度高于RTX-PP直接提供的CGCS2000坐標(biāo)精度。RTX-PP與實(shí)際CGCS2000坐標(biāo)成果疑似具有系統(tǒng)誤差的特征，有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：工程測量; Trimble RTX; GAMIT/GLOBK; CGCS2000; 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換; 速度場; 定位精度; 長江中游

中圖法分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.010

文章編號：1006 - 0081（2022）07 - 0062 - 04

2011年，美國Trimble公司推出了CenterPoint RTX（Real-Time eXtended）實(shí)時(shí)定位服務(wù)[1]。CenterPoint RTX 成為了能夠同時(shí)支持GPS、GLONASS和QZSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度差分服務(wù)。在不使用傳統(tǒng)RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分）參考站的情況下，這種技術(shù)的實(shí)時(shí)重復(fù)測量精度優(yōu)于4 cm。隨后，Trimble公司提供了新的后處理服務(wù)RTX-PP（Post-Processing）[1]。該服務(wù)在云端運(yùn)行，以網(wǎng)絡(luò)和Trimble辦公軟件產(chǎn)品等形式提供，用戶只需要上傳靜態(tài)觀測文件便可獲取高精度定位結(jié)果。

Trimble的RTX技術(shù)簡化了常規(guī)GNSS靜態(tài)作業(yè)模式，能夠方便且快速地獲得高精度定位結(jié)果，特別是對于沒有足夠測繪基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)。本文通過站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)與站點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)成果的對比，分析RTX-PP用于長江中游河段河道測量的靜態(tài)數(shù)據(jù)解算精度。

1 技術(shù)原理

1.1 解算方式

除了使用RTX-PP后處理系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)的解算之外，另一個(gè)目前廣泛使用的軟件GAMIT/GLOBK由美國麻省理工學(xué)院（MIT）和加州大學(xué)圣地亞哥分校的海洋研究所（SIO）共同開發(fā)，是目前國際上最優(yōu)秀的GNSS定位和定軌數(shù)據(jù)處理分析軟件之一。因此，將RTX-PP解算的ITRF2014框架下絕對位置成果與GAMIT/GLOBK解算成果進(jìn)行對比分析，可驗(yàn)證RTX-PP的絕對位置解算精度。

1.1.1 RTX-PP

RTX-PP后處理系統(tǒng)利用Center Point RTX實(shí)時(shí)系統(tǒng)得出精確軌道和時(shí)鐘。由實(shí)時(shí)服務(wù)器系統(tǒng)得到軌道、時(shí)鐘和額外的偏差信息，并以壓縮的數(shù)據(jù)格式存儲，供后處理系統(tǒng)使用。系統(tǒng)中衛(wèi)星時(shí)鐘的基本更新率為1 Hz，且數(shù)據(jù)更新的延遲不到1 h，所以RTX-PP后處理系統(tǒng)在解算數(shù)據(jù)方面也沒有明顯的延遲。

RTX定位中的一階電離層效應(yīng)由L1和L2頻率的電離層自由組合消除，同時(shí)對流層通過一個(gè)附加了垂直濕延遲和在南北和東西方向兩個(gè)梯度的模型進(jìn)行處理。此外，RTX-PP還對結(jié)果進(jìn)行了如下校正：① 衛(wèi)星和接收機(jī)的天線校正;② 固體潮校正;③ 波浪潮校正;④ 海洋潮汐負(fù)荷效應(yīng)修正;⑤相對論修正;⑥ 相位纏繞改正;⑦ 測距碼和載波相位偏差修正[2]。

RTX-PP使用GPS，GLONASS，Galileo，BeiDou和QZSS觀測數(shù)據(jù)，在已定義的參考框架ITRF2014（2017年3月23日之前為ITRF2008框架，下同）中提供絕對位置估計(jì)。數(shù)據(jù)的觀測時(shí)長達(dá)到24 h后，RTX-PP的解算結(jié)果的水平和垂直方向精度優(yōu)于1 cm。即使觀測數(shù)據(jù)收斂時(shí)間僅1 h，RTX-PP的解算結(jié)果水平方向精度通常優(yōu)于2 cm[2]。

用戶在使用TBC（Trimble Business Center）軟件處理數(shù)據(jù)時(shí)，在RTX后處理選項(xiàng)中選擇對應(yīng)的坐標(biāo)系和地殼板塊，然后導(dǎo)入靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)，勾選“發(fā)送到RTX后處理”，幾分鐘內(nèi)便可得到服務(wù)器返回的解算成果。同時(shí)，可直接將觀測數(shù)據(jù)上傳至RTX-PP網(wǎng)頁（https：//trimblertx.com/UploadForm.aspx），選擇對應(yīng)的坐標(biāo)系和板塊來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終成果會(huì)以郵件形式發(fā)送至用戶。上傳的數(shù)據(jù)需包含雙頻偽距和（L1及L2）載波相位觀測，且數(shù)據(jù)觀測時(shí)長不能大于24 h。RTX-PP支持的天線列表可以登錄網(wǎng)站（https：//trimblertx.com/SupportedDevices.aspx）查詢，天線高的參考點(diǎn)為天線座底部點(diǎn)。

1.1.2 GAMIT/GLOBK

GAMIT是利用GNSS載波相位觀測值進(jìn)行定位定軌的基線處理軟件，GLOBK利用卡爾曼濾波方法進(jìn)行網(wǎng)平差。當(dāng)它采用精密星歷和高精度起算點(diǎn)時(shí)，其處理長基線和連續(xù)時(shí)段靜態(tài)定位的相對精度數(shù)量級可達(dá)10～10，處理短基線的精度可達(dá)1～3 mm。該方法精度高、功能強(qiáng)大，而且開放源代碼，用戶可根據(jù)實(shí)際需要，通過人工干預(yù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

（1） RTX-PP的絕對位置成果是ITRF2014框架下當(dāng)前歷元的坐標(biāo)成果。同時(shí)，內(nèi)置了框架間的轉(zhuǎn)換參數(shù)和NNR-MORVEL56板塊邊界速度場模型，可在求取絕對位置成果的基礎(chǔ)上，直接得到其他框架和歷元的坐標(biāo)[3]，包括國內(nèi)常用的CGCS2000坐標(biāo)。

（2） CGCS2000坐標(biāo)實(shí)際是ITRF97框架下2000.0歷元下的坐標(biāo)，故具體轉(zhuǎn)換步驟為：① 框架變換，2020.xxx歷元下ITRF2014框架轉(zhuǎn)換到ITRF97框架;② 歷元變換，ITRF97框架下2020.xxx歷元轉(zhuǎn)換到2000.0歷元。

1.2.1 框架變換

1.2.2 歷元轉(zhuǎn)換

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)例概述

在長江中游河段架設(shè)了5處試驗(yàn)站點(diǎn)（圖1），并與高等級控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，求取準(zhǔn)確的CGCS2000坐標(biāo)作為真值，驗(yàn)證 RTX-PP結(jié)果的可靠性。

首先，利用GAMIT/GLOBK軟件對5處站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)和中國境內(nèi)共8個(gè)IGS（International GNSS Service）站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算，求解ITRF2014框架下當(dāng)前歷元的坐標(biāo)，驗(yàn)證RTX-PP絕對定位的準(zhǔn)確性。然后，利用RTX-PP直接求取CGCS2000坐標(biāo)，與站點(diǎn)的真實(shí)CGCS2000坐標(biāo)進(jìn)行對比，分析其板塊邊界速度場模型的準(zhǔn)確性[4]。外業(yè)觀測采用Trimble Zephyr3 Geodetic天線，使用GNSS預(yù)處理軟件TEQC（translation，editing and quality checking）檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量。基準(zhǔn)站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測結(jié)果見表1。結(jié)果表明，5組數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量整體較好。

2.2 RTX-PP與GAMIT/GLOBK解算結(jié)果對比

本文采用10.71版本的GAMIT/GLOBK軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理參數(shù)時(shí)，Choice of Experiment=BASELINE，Choice of Observable=LC_AUTCLN，Use otl.grid = Y，海洋潮汐模型otl.grid鏈接到otl_FES2004.grid。中國境內(nèi)共8個(gè)IGS測站（北京房山、長春、香港、烏魯木齊、武漢九峰、拉薩、上海佘山、臺灣桃園）參與解算。平差參數(shù)中對IGS測站進(jìn)行緊約束（0.05，0.05，0.10），對待解算測站進(jìn)行松約束（10，10，10）。解算使用軟件安裝目錄tables文件夾內(nèi)ITRF2014框架下的IGS站坐標(biāo)和速度場作為已知點(diǎn)坐標(biāo)和速度場。

GAMIT/GLOBK解算出來的坐標(biāo)框架為ITRF2014，歷元為當(dāng)前歷元的結(jié)果與RTX-PP的結(jié)果進(jìn)行對比，如表2所示。結(jié)果表明：在24 h的觀測時(shí)長下，RTX-PP的絕對定位精度優(yōu)于1 cm。

2.3 RTX-PP結(jié)果與實(shí)際坐標(biāo)成果對比

RTX-PP提供的CGCS2000坐標(biāo)由系統(tǒng)內(nèi)部自帶的NNR-MORVEL56板塊邊界模型得出。在該模型中，整個(gè)中國大陸都屬于揚(yáng)子板塊，因此精度不高。本文在獲取當(dāng)前歷元下ITRF2014坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用魏子卿[5]的格網(wǎng)平均值法得到的3°×3°格網(wǎng)速度場，線性內(nèi)插得到各站點(diǎn)的速度向量后，再進(jìn)行框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換，得出精度較高的CGCS2000坐標(biāo)，并與站點(diǎn)成果進(jìn)行對比分析。

為方便進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，利用C#語言進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序的開發(fā)編制。該程序能較為方便的進(jìn)行ITRF2014到CGCS2000的坐標(biāo)單點(diǎn)轉(zhuǎn)換和批量轉(zhuǎn)換，界面如圖2所示。

將RTX-PP直接提供的CGCS2000坐標(biāo)、重新應(yīng)用速度場模型后的坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)成果進(jìn)行對比（表2，3）。由表3得出，RTX與實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)位誤差約為8 cm，重新應(yīng)用速度場模型后的坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)位誤差約為4 cm，精度高于RTX-PP直接提供的坐標(biāo)。

由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的原理可知，從ITRF2014到ITRF97的框架轉(zhuǎn)換參數(shù)是已知的固定值，轉(zhuǎn)換過程不存在誤差。因此，誤差是由于歷元轉(zhuǎn)換造成的。由公式（3）可知，各坐標(biāo)向量誤差是由于各速度向量不準(zhǔn)確導(dǎo)致。根據(jù)3°×3°格網(wǎng)速度場的位置運(yùn)動(dòng)速度的誤差為±2.61 mm/a，經(jīng)過當(dāng)前歷元到2000歷元的轉(zhuǎn)換之后，點(diǎn)位累積誤差達(dá)±54 mm。NNR-MORVEL56板塊邊界模型的精度比3°×3°格網(wǎng)速度場[5]更低，故表3中的結(jié)果符合預(yù)期。

表3中2組坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)成果存在疑似系統(tǒng)誤差，其中，RTX-PP成果與實(shí)際坐標(biāo)成果反映到速度向量上的誤差分別為-2.7，0.6 mm/a和-2.6 mm/a。由于本實(shí)例中的觀測站點(diǎn)在地理位置上較為接近，南北跨度約200 km，東西跨度約100 km，因此速度向量值較為接近。3個(gè)方向的速度中誤差分別為±0.2，±0.2 mm/a和±0.4 mm/a，遠(yuǎn)小于RTX-PP成果與實(shí)際坐標(biāo)成果的速度向量的誤差。所以該疑似系統(tǒng)誤差可能是由于實(shí)例中觀測站點(diǎn)位置較為接近導(dǎo)致的，待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在后期實(shí)驗(yàn)中，可按照3°×3°格網(wǎng)速度場取速度向量相差較大的點(diǎn)位進(jìn)行觀測、解算，分析是否仍然存在疑似系統(tǒng)誤差的現(xiàn)象。

3 結(jié) 語

本文利用實(shí)際觀測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了RTX-PP在長江中游地區(qū)的解算精度。經(jīng)過24 h觀測后，RTX-PP在ITRF2014框架下當(dāng)前歷元的絕對定位精度能達(dá)到1 cm內(nèi)。利用魏子卿等提出的站點(diǎn)速度場模型轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)精度高于RTX-PP直接提供的坐標(biāo)。RTX-PP成果與真實(shí)CGCS2000坐標(biāo)之間是否存在系統(tǒng)誤差待進(jìn)一步驗(yàn)證。

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[4] 汪利. Trimble RTX后處理與GAMIT/GLOBK解算精度對比分析[J]. 測繪地理信息，2018，43（4）：34-36.

[5] 魏子卿，劉光明，吳富梅. 2000中國大地坐標(biāo)系：中國大陸速度場[J]. 測繪學(xué)報(bào)，2011，40（4）：403-410.

（編輯：李 慧）

Static data accuracy analysis of Trimble RTX-PP in middle reaches of Yangtze River

FU Qiang， WANG Chao， LI Peng

（Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology ， Changjiang Water Resources Commission， Wuhan 430012， China）

Abstract：To solve the problem of surveying in the area without sufficient facilities， the calculation results of current Ephemeris in the middle reaches of Yangtze River under the framework of ITRF2014 were obtained by using Trim-ble RTX-PP service and the absolute positioning accuracy of RTX-PP was compared with the results calculated by high-accuracy GNSS data analysis software GAMIT/GLOBK to evaluate the absolute accuracy. The coordinate calculation accuracy of CGCS2000 directly acquired by RTX-PP were further investigated. The results showed that the positioning accuracy of RTX-PP was within 1 cm in the observation duration of 24 h; by reapplying the velocity field model， the coordinates were more accurate than the CGCS2000 coordinates directly provided by RTX-PP. It was inferred that the errors of RTX-PP and the actual CGCS2000 coordinate results may be systematic errors， which should be verified by further experiments.

Key words：survey; Trimble RTX; GAMIT/GLOBK; CGCS2000; coordinate conversion; velocity field; positioning accuracy; middle reaches of Yangtze River