基于RTX-PP获取CGCS2000坐标的精度分析

祁永芳

青海省地理空间和自然资源大数据中心，青海 西宁 810001

0 引 言

近些年，随着互联网+GNSS的快速发展，高精度GNSS后处理解算服务越来越多地由以往的客户端/服务器（C/S）模式逐步转向浏览器/服务器（B/S）模式[1-3]，也称为Online-GNSS。表1列举了Online-GNSS相比C/S模式的优缺点，其中最重要的特性就是云处理。

表1 Online-GNSS相较于传统处理软件的优缺点Tab.1 Advantages and disadvantages of Online-GNSS compared with traditional processing software

由于Online-GNSS的解算服务使得用户对解算参数设置和处理数据过程几乎没有影响，因此定位结果的质量几乎不受人为因素影响，并能够保持稳定。

本文首先对比分析研究各种不同Online-GNSS后处理解算并进行精度评定，其后选择RTX-PP在线处理模式获得高精度ITRF坐标；RTX-PP服务定位结果默认在ITRF2008或者ITRF2014坐标框架当下历元，若转换到其他历元（时间）下坐标，则必须获得由板块运动造成的测站速度。站点速度可以利用长时间观测的坐标序列估计获得，也可以通过全球板块边界模型（NNRMORVEL56）计算获得。坐标转换的精度，直接受站点速度精度影响。

2014年6月，RTX-PP[4-6]服务提供的构造板块模型从NUVEL-1A变更为NNR-MORVEL56（No-Net-Rotation，NNR），模型精度更高。与RTX-PP服务利用板块构造获得CGCS2000坐标不同，本文研究一种新的工程化快速获得CGCS2000坐标的方法，该方法是构建中国大陆速度格网，快速获得站点速度场，从而利用严密的坐标转换公式求解CGCS2000坐标。结合RTX-PP的在线快速高精度定位和CGCS2000坐标转换方法，能够广泛应用在工程领域，实用价值巨大。

1 Online-GNSS服务及其精度

目前，已有多个国家和机构推出了不同策略的Online-GNSS产品，表2列出提供基于B/S模式常见的Online-GNSS后处理服务。这些服务大多数都是免费的，依据定位解算方式的不同，可以分为基线相对定位和精密单点定位两种方式。

表2 基于B/S的Online-GNSS后处理服务Tab.2 Online-GNSS post processing service based on B/S

已有大量研究结果表明，静态观测模式下GNSS后处理服务的单点定位和相对定位精度几乎相当。24 h GNSS静态观测，相对定位和PPP定位结果互差仅为几厘米。相比动态模式，静态观测更适合在高精度场景应用。

收集50个GNSS观测站2020年5月3日观测数据，采样频率为30 s，表3显示了使用不同Online-GNSS服务获得的平均解算结果。结果显示不同观测时长（1～12 h）定位结果差异非常大。表4显示了Bernese 5.2处理的坐标与Online-GNSS服务解决方案之间的差异。从表3、表4的结果分析，RTX的结果最为优越，精度最好，表3统计发现RTX观测时长达到6 h，在线解算结果能够达到毫米级别，观测时长2 h即可稳定在2 cm左右精度。由表4可见，Trimble-RTX定位结果稳定，在开阔场地和存在遮挡的地方，均能获得2 cm以内定位结果。

表3 Online-GNSS在线服务解算精度内符合精度Tab.3 Internal consistency accuracy of Online-GNSS online service solution

表4 Online-GNSS在线服务与Bernese定位结果互差Tab.4 Online-GNSS online service and Bernese location results

2 RTX-PP获取CGCS2000坐标

RTX是美国天宝（Trimble）公司推出的一种全球范围内的在线定位服务，可以提供实时厘米级精度（收费）和事后毫米级精度（免费）。RTX后处理服务（RTX-PP）具有卓越的载波相位模糊度固定算法，不受时间和区域影响快速地获得高精度定位结果。基于Trimble全球分布的GNSS监测站进行实时卫星定轨，实时钟差拟合采样率为1 Hz，满足高频高精度用户需求。

RTX-PP采用GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou和QZSS卫星双频伪距和载波相位测量，从卫星端到接收机的载波相位和伪距测量方程表示如下[4,6]：

式中，Φi和Pi分别为频率i载波相位和伪距观测值；ρ为卫星到接收机天线的几何距离；c为信号传播速度，一般等于光速；dT和dt分别为接收机和卫星钟差；T为对流层延迟；Ii为频率i的电离层延迟；Ai和ai分别为接收机和卫星对于频率i的偏移和变化；WΦ和wΦ分别为接收机和卫星的天线相位转绕；BΦ,i和bΦ,i分别为接收机和卫星对于频率的载波相位偏差；BP,i和bP,i分别为接收机和卫星对于频率i的伪距偏差；λi为频率i的载波波长；Ni为频率i的整周模糊度；mΦ,i和mP,i分别为频率i的载波相位和伪距的多路径效应；εΦ,i和εP,i分别为频率i的载波相位和伪距的误差和残差。

利用RTX-PP快速高精度的定位结果，进行坐标转换（框架转换和历元转换）获得CGCS2000坐标技术路线如图1所示，其中框架转换模型有严密的数据公式，遵循Bursa模型7参数三维空间坐标转换[7-8]如下：

图1 数据处理流程图Fig.1 Flow chart of data processing

式中，（X，Y，Z）为原坐标框架；（XS、YS、ZS）为目标坐标框架；（Tx、Ty、Tz）为两个框架原点三分量差值；D为尺度缩放因子；（Rx、Ry、Rz）为三分量旋转角度因子。模型中的具体参数值可由ITRF官网（https://itrf.ign.fr/trans_para.php）查询[9]。

图1中所述历元转换的关键是站点速度场求取。RTX-PP直接提供的方法是基于全球板块边界模型NNRMORVEL56，具体思路是假设大陆地壳为刚体[10]，那么任一点的运动速度应满足下式：

式 中，（x、y、z） 为 站 点 坐 标 ；为站点速度；（Ωx、Ωy、Ωz）为欧拉矢量，由NNRMORVEL56可求取获得。

利用现今中国拥有近万个密集的GNSS连续监测站（陆态网络、北斗地基增强系统、各省CORS等），可获得大陆广大地区的速度场，将国土按照3°×3°的格网划分[11]，加权平均获得格网速度，站点落在格网内直接查表将格网速度代表站点速度。获得站点速度以后，即可获得不同历元的坐标关系式：

式中，t为时间；EPOCH为参考时刻，如CGCS2000坐标系参考时间为2000.0；P为站点坐标；V为站点速度。

本文收集了3个不同区域、不同等级的国家级GNSS点，采用天宝R10接收机静态观测2 h测试获得CGCS2000坐标精度，图2展示了国家级GNSS点信息和分布区域，测试结果见表5。分析定位结果，发现格网法比RTX-PP计算的CGCS2000坐标精度更好。具体而言，格网法精度在厘米级别（＜7 cm），RTX-PP精度在分米级别（＜2 dm）。

图2 GNSS测试点及活动块体空间分布Fig.2 Spatial distribution of GNSS test points and active blocks

表5 RTX-PP获得CGCS2000坐标精度结果Tab.5 Accuracy results of CGCS2000 coordinates obtained by RTK-PP

3 结 论

本文介绍了Online-GNSS服务优缺点，针对目前常见的在线服务，收集50个GNSS观测站2020年5月3日的观测数据，验证Online-GNSS定位精度，得出如下结论。

1）TX的结果最为优越，精度最好。GNSS观测时长达到6 h，RTX在线解算结果精度能够达到毫米级别；观测时长2 h即可稳定在2 cm左右精度。

2）TX-PP提供的CGCS2000定位结果精度在2 dm以内；格网法获得的站点速度进行历元转换获得CGCS2000坐标精度较好，能够达到厘米级别。

3）研究成果对GNSS工程化应用具有一定指导性，可以实现厘米级别的图根控制点及E级城市控制点。后续将研究提高全球板块边界模型的欧拉矢量精度，从而获得更高精度的块体速度场模型。