利用Trimble RTX后处理技术开展港口控制测量

柯 敏，王旭杰

(1.天津水运工程勘察设计院有限公司 天津市水运工程测绘技术重点实验室，天津 300456；2.天津临港港务集团有限公司，天津 300452)

Trimble RTX(Real-Time eXtended)实时差分扩展技术是Trimble新近开发的一种定位技术，它把多种创新技术结合在一起，使用户能在地球表面或靠近地球表面的任何地方进行厘米级实时定位，能够在不采用基准站、电台或网络参考站链接的情况下，实现从亚米到厘米精度的GNSS 定位服务[1]。Trimble CenterPoint RTX post-processing(简称RTX-PP)是Trimble公司免费提供的RTX后处理在线解算服务,用户通过Trimble RTX-PP网站在线上传符合相关观测要求的GNSS静态观测数据，选取特定的坐标框架(系统)、地壳板块模型后通过电子邮件方式获取对应的解算成果。在成果解算精度控制方面，RTX-PP后处理除了通过相关算法模型消除或削弱影响定位的各项误差外，同时还进行卫星和接收机天线校正、固体潮汐、波浪潮、海潮加载效应、相对论修正、相位叠加、代码和载波相位偏差等解算校正。

目前RTX-PP提供多种坐标框架下的解算服务，包括国内比较常用的ITRF2014(当前历元、历元2010.0)、ITRF2008(当前历元、历元2005.0)、ITRF2005(历元2000.0)及CGCS2000等。国内对于RTX-PP后处理技术系统介绍及精度统计分析的文献资料较少，文献[2-4]通过RTX-PP技术获取单个控制点的CGCS2000坐标，表明直接解算的控制点坐标精度为分米级，利用高精度速度场模型，通过框架变换和历元变换可获得单个控制点厘米级CGCS2000坐标；文献[5]通过RTX-PP技术获取小范围3个间距小于460 m的控制点在ITRF2008框架2012.577历元下坐标，表明在指定参考框架及历元下解算精度约为1～2 cm。

上述文献仅对单个控制点的CGCS2000坐标或小范围少量控制点的非CGCS2000坐标进行计算说明，对于工程区域大范围多个控制点的CGCS2000坐标还缺乏相关的统计分析资料。本文以某港口工程控制点测量项目为例，通过RTX-PP技术获取该工程大范围多个控制点的CGCS2000坐标，与采用规范[6]规定的常规静态解算方式获取的CGCS2000坐标进行对比分析，探讨采用RTX-PP技术获得港口工程大范围多个控制点的高精度CGCS2000坐标的可行性，以期推广其应用领域。

1 港口工程控制点情况

图1 控制点分布图Fig.1 Control point distribution

该工程位于天津临港经济区东北侧，为满足港区后续施工建设需要，在指定位置新布设GPS2、GPS3及GPS4共3个控制点，并与周边已有的JM23、LGC1及GPS1共3个C级GPS控制点，按照D级GPS进行静态联测，解算新布设控制点的CGCS2000坐标，外业观测时间为2018年5月21日。控制点间东西长约9.5 km，南北宽约7.2 km，所围成区域面积约37 km2，控制点分布见图1。

外业观测按照D级GPS静态观测方式，将6台Trimble双频GPS接收机架设在各个控制点上进行同步观测。观测时段数为2，其中时段一观测时长不小于2 h，时段二观测时长不小于1 h，数据采样间隔均为15 s。

外业静态观测结束后，利用Convert To RINEX软件将原始观测T01、T02文件转换成标准RINEX V2.11格式文件。采用TEQC(Translation ,Editing and Quality Checking)软件对观测数据进行质量检查，结果显示数据质量整体较好。

表1 控制点静态解算成果表Tab.1 Control point static calculation results

2.1 静态解算成果

利用专业GNSS数据处理软件，按照规范[6]中D级GPS测量要求对静态观测数据进行基线处理、三维自由网平差及二维约束网平差，通过已知控制点JM23、LGC1及GPS1的CGCS2000坐标，解算控制点GPS2、GPS3及GPS4的CGCS2000坐标。控制点解算各项精度指标均满足限差要求，成果见表1。

2.2 RTX-PP解算成果

将各站点静态观测文件(.**o文件)分别上传至Trimble公司RTX后处理服务中心(网址为https://www.trimblertx.com/UploadForm.aspx)，坐标系统选取CGCS2000，地壳板块模型选取Auto-detected自动检测。收到在线解算的控制点CGCS2000三维空间坐标X、Y、Z后，利用坐标转换软件将其转换成平面坐标x、y，结果见表2。

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

从表2可以得出：同一站点，2 h观测时长与1 h观测时长解算结果基本一致，其中北坐标互差最大为1.1 cm，最小为0.1 cm；东坐标互差最大为2.2 cm，最小为0.1 cm。不同观测时段及不同观测时长解算成果符合性较好。

2.3 解算成果对比

以控制点已知或静态解算成果作为真值，将RTX-PP解算成果与其进行对比，统计坐标差值情况及外符合精度，其中外符合精度σ外计算公式为

式中：l0为控制点已知或静态解算值；li为RTX-PP解算值，差值△i=li-l0。统计结果见表3。

分别统计不同观测时长下，北坐标差值△x、东坐标差值△y的分布情况，结果见图2。

从表2、表3及图2可以得出：(1)RTX-PP解算的CGCS2000坐标成果精度为分米级，解算结果中北坐标差值约为2～3 cm，中误差为2.7 cm；东坐标差值约为14～16 cm，中误差为15.2 cm；(2)RTX-PP与静态解算的坐标差值具有方向一致性，北方向、东方向坐标差值均为正值；(3)2 h观测数据与1 h观测数据的RTX-PP解算精度基本一致，没有显著差别，外业观测中延长1 h观测时长对解算精度影响不大；(4)外业观测采用GPS单星接收机或GPS+GLONASS双星接收机对RTX-PP解算精度影响不显著，单星或双星解算精度无明显差别。

2-a 北坐标差值统计2-b 东坐标差值统计图2 控制点坐标差值分布图Fig.2 Distribution chart of coordinate difference of control points

根据文献[7]及相关资料，对于2017年3月23日及以前的观测数据，RTX-PP默认解算坐标系统为ITRF2008框架当前历元；2017年3月23日以后的观测数据，RTX-PP默认解算坐标系统为ITRF2014框架当前历元。其他坐标成果均为系统根据上述对应解算成果，通过历元转换及框架变换所得，具体方法文献[8-9]均有说明。坐标转换精度主要受历元转换精度影响，而历元转换与高精度速度场(板块模型)相关，本次RTX-PP解算成果是基于MORVEL56模型[10]下的Eurasia欧亚板块欧拉矢量求得，由于欧亚板块覆盖区域太大、模型不够精细。因此整体精度不高，影响本次工程区域坐标转换精度，造成RTX-PP解算的CGCS2000坐标成果精度为分米级。

表4 控制点坐标转换精度统计表Tab.4 Control point coordinate conversion accuracy statistics

目前对控制点精度检核方法较多，本次通过坐标转换四参数法[11]，检核RTX-PP解算成果与静态解算成果间的符合情况，转换公式如下

式中：(x1，y1)、(x2，y2)为控制点不同平面坐标；x0、y0为平移参数；ε为旋转参数；κ为尺度参数。根据表1控制点坐标及表2控制点坐标(1 h观测数据)，利用坐标转换软件求解四参数后，将四参数返回代入RTX-PP解算坐标，计算回代转换坐标与静态解算坐标的差值及坐标转换误差，坐标转换结果见表4。

由表4可以得出：RTX-PP解算坐标经过回代转换后，与静态解算坐标差值中vx最大值为1.1 cm、vy最大值为2.1 cm、vp最大值为2.3 cm，北方向、东方向及点位中误差分别为0.6 cm、1.2 cm及1.3 cm。

为进一步分析RTX-PP解算精度，采用基线比较法进行验证。以静态观测获取的控制点之间空间基线长度作为真值，将RTX-PP直接解算(1 h观测数据)的控制点三维空间坐标X、Y、Z反算的空间基线长度作为检测值，统计结果见表5。

表5 控制点间空间基线长度对比表Tab.5 Comparison of space baseline length between control points

通过表4及表5结果可知，RTX-PP解算坐标与静态解算坐标符合性很好，相对精度很高。

3 结论

本文以某港口工程控制点测量为例，通过RTX-PP技术解算控制点的CGCS2000坐标，并与静态解算坐标进行对比分析，主要结论如下：

(1)通过RTX-PP可方便快速获取控制点CGCS2000坐标，成果绝对精度为分米级，其中北坐标精度优于3 cm、东坐标精度约为15 cm。

(2)RTX-PP解算控制点空间基线相对精度很高，最弱基线边相对精度优于1:100 000，满足《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2009)中D级基线相对精度不低于1×10-5要求。

(3)RTX-PP测量成果内符合精度较高，基线相对精度较高，在已有较少高等级控制点的情况下，可以通过平移、旋转强制符合的方法获得控制网测量成果。在有高精度速度场的条件下，可以增加高精度速度场和历元改正。