第41卷第5期2018年5月
测绘与空间地理信息
GEOMATICS&SPATIALINFORMATIONTECHNOLOGY
Vol.41ꎬNo.5Mayꎬ2018
收稿日期:2017-10-11
作者简介:张㊀胜(1992-)ꎬ男ꎬ河南信阳人ꎬ助理工程师ꎬ硕士ꎬ2017年毕业于中国地质大学测绘工程专业ꎬ主要从事工程测量㊁
GNSS应用及数据处理工作ꎮ
TrimbleRTX后处理解算精度分析
张㊀胜1ꎬ杜士澍1ꎬ屈津年1ꎬ常㊀远2ꎬ翟警卫1ꎬ李常春1
(1.武警黄金第四支队ꎬ辽宁辽阳111000ꎻ2.吉林省交通规划设计院ꎬ吉林长春130021)
要:在实际项目中实验了TrimbleRTX后处理在中国内陆解算精度ꎬ并且探索了基于RTX-PP获取CGCS2000坐标的可行性ꎮ实验结果显示:1)延长数据观测时长(实验数据12.15h)ꎬRTX-PP的定位可优于1cm精度ꎻ2)RTX-PP直接提供的CGCS2000解算结果精度在dm级别ꎬ而利用更高精度的速度场模型解算的CGCS2000坐标精度可以在cm级ꎮ
关键词:TrimbleRTXꎻ定位精度ꎻCGCS2000ꎻ坐标转换
中图分类号:P226+
.3㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1672-5867(2018)05-0170-03
AccuracyAnalysisoftheTrimbleCenterPointRTXPost-processing
ZHANGSheng1ꎬDUShishu1ꎬQUJinnian1ꎬCHANGYuan2ꎬZHAIJingwei1ꎬLIChangchun1
(1.FourthDetachmentofGoldHeadquartersꎬChineseArmedPoliceForceꎬLiaoyang111000ꎬChinaꎻ
2.JilinProvincialCommunicationPlanningandDesignInstituteꎬChangchun130021ꎬChina)
Abstract:InpracticalprojectsꎬtheaccuracyofTrimbleRTXpost-processingininlandChinaisinvestigatedꎬandthefeasibilityofob ̄tainingCGCS2000coordinatesbasedonRTX-PPisexplored.Theexperimentalresultsshowedthat:1)toextendthetimeofobserva ̄tiondata(experimentalobservationdatalength12.15h)ꎬthelocalizationofRTX-PPcanreachbetterthan1cmaccuracyꎻ2)CGCS2000RTX-PPprovidestheaccuracyofsettlementresultsdirectlyattheDMlevelꎬandtheuseofCGCS2000coordinatepreci ̄
sionfieldmodeltosolvethehigherprecisionofthespeedcanbeattheCMlevel.Keywords:TrimbleRTXꎻpositioningaccuracyꎻCGCS2000ꎻcoordinateconversion
0㊀引㊀言
早在2011年ꎬTrimble公司推出了一种新型的实时查分扩展技术  CenterPointRTX(Real-TimeeXtend ̄ed)[1
-2]
ꎬ实时的GPS/GLONASS卫星精确轨道和钟差数
据ꎬ这种实时定位服务不依赖基准站就能提供厘米级定位精度ꎮ相比其他在线提供PPP(精密单点定位)[1ꎬ3]服务的系统ꎬTrimbleRTX支持日本的QZSS信号ꎬ以此提升了载波相位模糊度求解及其收敛能力ꎮ
随后ꎬTrimble提供了新的后处理服务RTX-PP[1]ꎮ
这个应用服务允许用户上传GNSS观测数据到Trimble公司RTX后处理服务中心ꎬ用户可以选择不同的坐标系和
构造板块来获取最终的定位成果ꎮ观测数据达到24h后ꎬRTX-PP解算结构水平和垂直方向精度能优于1cmꎮ因为解算收敛时间远小于1h时ꎬ因此仅仅利用1h观测的数据水平方向精度通常优于2cm
[4]
Trimble的RTX技术无疑大大地简化了常规GPS静
态作业模式ꎬ方便且快速地获得高精度定位结果ꎬ特别是在没有足够的测绘基础设施的地区ꎮ然而这种模式在中国大陆地区的可靠性少有文章提及ꎮ本文利用实测数据与国家控制点坐标进行对比分析RTX解算精度ꎻ另一方面ꎬ现在我国测绘成果要求统一采用CGCS2000坐标系ꎬ
虽然RTX-PP服务提供CGCS2000坐标ꎬ但是实际工程项目中是否可靠也是本文研究的目的ꎮ
本文利用实际项目中的观测数据验证RTX-PP结果的可靠性ꎬA008位于宁波市ꎬ是国家B级GPS控制点ꎮ因为国家GPS控制点只有CGCS2000坐标ꎬ因此ꎬ首先利用GAMIT/GLOBK软件求解3个控制点的ITRF2008框架下坐标ꎬ验证RTX-PP绝对定位的准确性ꎻ其次利用RTX-PP直接求取CGCS2000坐标ꎬ与国家控制点真实的
CGCS2000坐标对比ꎻ观测数据采用TrimbleR10仪器ꎬ数据质量检测结果见表1ꎮ
表1㊀A008控制点观测数据质量
Tab.1㊀A008controlpointobservationdataquality
文件名观测时长hour(s)完好性观测值比例mp1(L1载波多路径效应)mp2(L2载波多路径效应)o/slps(观测值和周跳比)A0081450.1o12.1591%0.350.3920333
1㊀RTX-PP定位结果精度
RTX-PP后处理利用由Real-timeCenterPointRTX系统导出的精确轨道和时钟ꎬ并通过L1和L2频率的 电离层自由 组合消除了RTX定位中的一阶电离层效应ꎬ同时对流层通过一个模型来处理ꎬ这个模型中附加了垂直湿延迟和在南北和东西方向的两个梯度ꎮ处理中估计GPS和GLONASS的独立接收机时钟误差ꎬ而QZSS卫星被认为具有与GPS相同的接收机时钟误差ꎮ此外ꎬRTX-PP还做了如下解算更正[4]:1)卫星和接收机天线校正ꎻ2)固体潮汐ꎻ3)波浪潮ꎻ4)海潮加载效应ꎻ5)相对论修正ꎻ6)相位叠加ꎻ7)代码和载波相位偏差ꎮ
用户将GNSS观测数据上传到RTX-PP在线服务中心(http://www.trimblertx.com/Home.aspx)ꎬ通过选择不同的坐标系和构造板块来进行转换ꎬ最后通过发送解算结果至用户ꎬ整个过程只需要几分钟ꎮ
需要注意的是ꎬ上从结果上传的数据文件必须包含双频伪和载波相位观测(L1和L2)ꎬ数据有效历元
需保证在60min 24h以内ꎻRTX-PP支持的天线类型(http://www.trimblertx.com/SupportedDevices.aspx)ꎬ并且天线高参考点为天线底座底部BAM(Bottomofantenna㊀㊀mount)ꎮ对于TrimbleR10接收机ꎬ天线TRMR10的天线底座底部BAM与天线相位参考点ARP为同一位置[5]ꎬ如图1所示
图1㊀TrimbleR10接收机天线相位参考点示意图Fig.1㊀TrimbleR10receiverantennaphase
㊀㊀㊀㊀referencepointawarenessmap
㊀㊀表2所示为RTX-PP解算的坐标框架ITRF2008㊁历元2017.393结果与搜集到的控制点坐标对比ꎮ从结果可以看出三分量较差分别为0.0114m㊁0.0106m㊁0.0004mꎮ综合实际测试结果分析ꎬ延长数据观测时长ꎬRTX-PP的定位可优于1cm精度ꎮ
表2㊀RTX-PP解算结果与控制点坐标对比
Tab.2㊀RTX-PPsolutionresultsandcontrolpointcoordinatescomparison
解类型X(m)Y(m)Z(m)Mx(mm)My(mm)Mz(mm)控制点坐标-2909886.55964704385.29743164629.92964.96.54.5RTX-PP-2909886.5714704385.3083164629.930685
2㊀利用RTX-PP获取CGCS2000坐标
RTX-PP在线服务已经提供CGCS2000坐标成果ꎬ但是这个成果是基于整个欧亚板块欧拉矢量[7]求得ꎬ精度必然不会很高ꎬ本文提出基于RTX-PP获取的ITRF2008坐标进行框架转换ꎬ实现从ITRF2008坐标转换到CGCS2000坐标ꎬ如图2所示ꎬ具体步骤如下[8-12]:1)框架变换:2017.393历元下ꎬITRF2008框架转换到ITRF97框架ꎻ
2)历元变换:ITRF97框架中ꎬ2017.393历元坐标转换到2000.0历元下的坐标ꎮ
从ITRF(http://itrf.ensg.ign.fr/trans_para.php)可以获得ITRF2008框架与其他ITRF框架的转换参数ꎬ见表
3ꎮ图2㊀ITRF2008与CGCS2000坐标转换流程图
Fig.2㊀ITRF2008andCGCS2000coordinate
㊀㊀㊀㊀conversionflowchart171
第5期张㊀胜等:TrimbleRTX后处理解算精度分析
表3㊀ITRF2008转换到ITRF97的参数Tab.3㊀ITRF2008parametersconvertedtoITRF97
参数单位Tx
mm
Ty
mm
Tz
mm
ppb
Rx
mas
Rx
mas
Rx
mas
EPOCH
变化率单位T
mm/yT
mm/yT
mm/yD
ppb/yR
mas/yR
mas/yR
mas/yITRF974.82.6
-33.2
2.920.000.000.062000.0
Rates
0.1
-0.5-3.2
0.09
0.00
0.00
0.02
㊀㊀注:1ppb=10-9ꎻ1mas=0.001ᵡ=4.84813ˑ10-9rad
XSYSZSéëêêêùûúúú=XYZéëêêêùûúúú+TxTyTzéëêêêùûúúú+D-RzRyRzD-Rx-Ry
Rx
DéëêêêùûúúúXYZéëêêêù
û
úúú(1)
式(1)中ꎬX㊁Y㊁Z是ITRF2008框架下的坐标值ꎬXS㊁XY㊁XZ是ITRF97框架下的坐标值ꎮ对于不同历元ꎬ还涉及历元转换ꎬ公式如下:
Pt()=PEPOCH()+P
ˑ(t-EPOCH)(2)
式(2)中ꎬP表示历元(EPOCH)2000.0时刻转换参
数ꎬ也就是上表中的数值ꎮP
表示P的速率ꎮ
历元转换涉及站点速度场ꎬ本文采用魏子卿提出的
格网平均值法[8]ꎬ参考中国大陆Ⅱ级活动块体划分[13
-4]
常远
A008点位于鲁东-黄海块体与华南块体交接地带ꎬ其地壳运动背景场整体是在往东偏南运动ꎬ年速率在cm级别
(Vx=-0.0299ꎬVy=-0.0101ꎬVz=-0.0148ꎬ单位:m/yr)ꎮ
Xt=2000.0=Xt+(2000.0-t)V
(3)
式(3)称为历元转换ꎬ式中ꎬXt=2000.0对应ITRF97ꎬ
2000.0历元下坐标向量ꎬ也就是CGCS2000坐标ꎻXt是ITRF97框架下t历元(本文t=2017.393)的坐标ꎻV表示站点速度向量ꎮ
综合表4结果ꎬRTX-PP直接提供的CGCS2000解算结果精度在dm级别ꎬ而利用更高精度的速度场模型解算的CGCS2000坐标精度可以在cm级ꎮ
表4㊀RTX-PP获取CGCS2000坐标结果对比
Tab.4㊀RTX-PPtoobtainCGCS2000coordinateresultscontrast
类型X(m)较差Y(m)较差Z(m)较差B级控制点-2909886.04500
4704385.51010
3164630.12360
RTX-PP-2909886.2000.1554704385.432-0.07813164630.092-0.0316框架转换
-2909886.056
0.0114704385.499
-0.0111
3164630.163
0.03943㊀结束语
RTX-PP为美国天宝公司提供的后处理服务ꎬ能够快
速处理静态双频多系统观测数据(GPS㊁北斗和伽利略)获得高精度定位结果ꎮ本文采用实测GNSS数据验算RTX-PP在中国内陆地区的精度ꎬ同时利用坐标系框架转换获得CGCS2000坐标ꎬ以RTX-PP解算的坐标框架ITRF2008㊁历元2017.393结果与搜集到的控制点坐标对比ꎬ从结果上可以看出三分量较差分别为0.0114m㊁
0.0106m㊁0.0004mꎮ综合实际测试结果分析ꎬ延长数据观测时长ꎬRTX-PP的定位可优于1cm精度ꎮ另一方面ꎬ基于RTX-PP获取的ITRF2008坐标进行框架转换ꎬ实现从ITRF08坐标转换到CGCS2000坐标结果精度在dm级别ꎬ采用更高精度的速度场模型解算ꎬ可以实现cm级CGCS2000坐标ꎮ
参考文献:
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科技大学ꎬ2011.
(下转第175页)
71㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
测绘与空间地理信息㊀
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2018年
①以分幅数据为作业单元ꎬ根据地表覆盖类型㊁点云
扫描日期的差异等ꎬ适当划分交互处理单元ꎬ处理单元范围线应予以保存ꎻ②理解分类工具的计算原理ꎬ能够熟练㊁灵活㊁综合地利用相关分类工具ꎻ
③测试调整相关参数设置ꎬ确保达到最优分类效果ꎬ
减少后期人工分类工作量ꎬ由于设备㊁地形㊁季节㊁气候等多方面原因ꎬ无法确定固定参数ꎬ只能根据分类后的情况确定具体参数ꎻ
④在利用数字正射影像辅助作业时ꎬ应分析其航摄
日期与点云数据间的差异性ꎮ
5)植被降高程处理高于地面的植被降高程处理ꎬ处理前后效果对比如
图2所示
图2㊀效果对比Fig.2㊀Effectofcontrast
下面以TerraSolid为例介绍降植被高程的方法[3]:
①量测植被点高出地面的距离ꎬ圈出要降的植被范
围ꎬ按照植被高程分块处理(本次选取一部分为例ꎬ对比处理效果)ꎮ②将该块内的植被点分回到缺省层ꎬ地面点确保留在地面点层ꎮ
③针对所选区域ꎬ使用 Classifybyheightfrom
ground 工具从缺省层中选出距离地面0.3 1.0m的点ꎬ放到相应的植被扩展层中ꎮ
④使用 find 工具ꎬ出植被扩展层中的点进行编
辑ꎬ根据量测的植被高出地面的高度ꎬ对这些点进行将高程处理ꎬ在 Editseveralpoints 工具的 Dz 中输入高程的改变值ꎬ即改变所选中点的高程值ꎮ5㊀DEM处理
1)数据构TIN
①点云地面点构TIN时ꎬ点云数据应外扩300mꎬ在
外扩300m时周边点要素仍不能满足要求时要继续外扩ꎬ直至能满足三角网和真实地形要求ꎮ
②采用不规则三角网(TIN)内插DEMꎬ要保证生成
TIN时各种参数正确ꎻ确保TIN覆盖整个图幅范围ꎬ并向图廓外适当延伸ꎻ保证三角形构网合理ꎮ如发现异常问题ꎬ需对相关数据检查修改后重新构网ꎮ
2)内插DEM格网间距5mˑ5mꎮ
3)DEM裁切生成DEM时应按照上文规定的数据范围进行裁切处理ꎮ
4)DEM接边要求
相邻数字高程模型应接边ꎮ相邻DEM模型重叠带
内同名格网点的高程差异若大于2倍DEM高程中误差ꎬ则改正后接边ꎮ接边后同名格网点的高程值应保持一致ꎮ
6㊀结束语
我们使用本文的技术方法ꎬ完成了试验区DEM数据的制作ꎬ在数据处理过程中ꎬ对一些特殊问题进行了归纳总结ꎬ形成了指导生产的操作手册和问题处理方法ꎬ这为以后批量进行基础地理信息更新积累了技术方法㊁奠定了技术基础ꎮ在以后的生产过程中ꎬ还需进一步优化生产流程㊁提高生产效率以满足批量生产的要求ꎮ
参考文献:
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[编辑:刘莉鑫]
(上接第172页)
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[编辑:任亚茹]
71第5期
孙㊀凯等:应用机载激光雷达数据制作DEM的方法探讨