Trim ble RTX技術(shù)及其在航空攝影工程應(yīng)用中精度分析

駱生亮 鄭長春

（山西亞太數(shù)字遙感新技術(shù)有限公司，山西 太原 030006）

0.引言

Trimble RTX技術(shù)從2011年誕生至今，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程，技術(shù)不斷更新成熟、定位算法不斷完善、定位質(zhì)量不斷提升、在中國的覆蓋區(qū)也不斷完善，到2018年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對中國區(qū)域的全覆蓋。本文結(jié)合實(shí)際航空攝影測量工程項目就Trimble RTX技術(shù)定位精度進(jìn)行探討。

1.Trimble RTX技術(shù)簡介

Trimble公司得益于在GNSS定位領(lǐng)域30多年的技術(shù)積累，在2011年推出了實(shí)時差分?jǐn)U展技術(shù)(Real-Time eXtended RTX)，并且逐步完善定位服務(wù)性能。Trimble RTX全球跟蹤基站網(wǎng)絡(luò)在全球部署了120個左右的跟蹤基站，對GNSS觀測值進(jìn)行實(shí)時跟蹤和存貯，并發(fā)送給分別位于歐洲和美國的控制中心，控制中心對全星座精密衛(wèi)星軌道、鐘差和大氣建模，得到全球精密定位改正數(shù)。全球精密位置改正數(shù)通過L波段衛(wèi)星或者網(wǎng)絡(luò)的方式廣播給服務(wù)授權(quán)的終端用戶。Trimble RTX全球跟蹤基站網(wǎng)絡(luò)分布（如圖1所示）：

圖1 Trimble RTX全球跟蹤基站網(wǎng)絡(luò)分布圖

2018年4月1日Trimble 公司接入了一顆覆蓋了中亞地區(qū)的衛(wèi)星。這一新的衛(wèi)星將擴(kuò)大衛(wèi)星差分遞送的可用性，并提高整個中亞地區(qū)的可靠性。自此形成支持包括中國北斗、美國GPS、俄羅斯Glonass、歐洲Galileo、日本QZSS在內(nèi)的全星座、全頻率，覆蓋全中國（全球）的定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。Trimble RTX全球覆蓋地區(qū)示意圖（如圖2所示）：

圖2 Trimble RTX全球覆蓋地區(qū)示意圖

2.Trimble RTX技術(shù)工作原理

Trimble RTX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)。這種新定位技術(shù)以L波段衛(wèi)星鏈路或互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍生成和交付的精確的衛(wèi)星改正數(shù)據(jù)（軌道、時鐘和系統(tǒng)偏差）作為基礎(chǔ)，從遍布全球的控制站得到的GNSS原始數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至各個數(shù)據(jù)控制中心。為了保證高度的系統(tǒng)可用性，數(shù)據(jù)控制中心是冗余配置的。如果有處理需求，差分改正數(shù)據(jù)流能夠在控制中心和中心內(nèi)部的處理服務(wù)器之間自動切換。在控制中心內(nèi)部，通信服務(wù)器用于把GNSS網(wǎng)絡(luò)觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)控制服務(wù)器。這些服務(wù)器主管著GNSS網(wǎng)絡(luò)處理器，而網(wǎng)絡(luò)處理器的任務(wù)是計算精確的軌道、衛(wèi)星時鐘和系統(tǒng)模型誤差，用于全球任何位置的GNSS差分改正。Trimble RTX工作原理（如圖3所示）：

網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)生的精確衛(wèi)星差分?jǐn)?shù)據(jù)以CMRx格式進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，CMRx是為了采用更高壓縮比傳輸衛(wèi)星差分?jǐn)?shù)據(jù)以支持RTK定位、Trimble RTX和Trimble xFill而專門開發(fā)的壓縮格式。然后，這些差分改正信息經(jīng)由衛(wèi)星鏈路或互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)接脩舳恕?/p>

圖3 Trimble RTX工作原理圖

3.Trimble RTX技術(shù)優(yōu)勢

Trimble RTX融合多種技術(shù)方案，包括Trimble CenterPoint RTX技術(shù)、實(shí)時的標(biāo)準(zhǔn)和快速收斂技術(shù)，以及最近發(fā)布的后處理技術(shù)、Trimble PivotTMRTX App和Trimble Pivot RTX App-PP基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)，以及為測量用戶提供的Trimble xFillTM技術(shù).Trimble RTX定位精度（如表1所示）：

表1 Trimble RTX定位精度表

相較于其他定位技術(shù)Trimble RTX技術(shù)優(yōu)勢包括：

高精度：提供3.8厘米以內(nèi)水平精度。

快速初始化：CenterPoint RTX可在30分鐘內(nèi)收斂至標(biāo)稱精度，RangePoint RTX可在5分鐘內(nèi)收斂至標(biāo)稱精度。

GNSS全星座支持：支持北斗、GPS、GLONASS、Galileo和 QZSS。

更穩(wěn)定的服務(wù)：RTX衛(wèi)星信號中斷200秒內(nèi)，定位服務(wù)持續(xù)工作。

更高效的服務(wù)：單機(jī)定位，無需額外的基站和電臺及手機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號連接。

快速啟動：早晨在昨晚關(guān)閉設(shè)備的同一地點(diǎn)啟動設(shè)備，將標(biāo)準(zhǔn)初始化時間縮短至5分鐘以內(nèi)。

4.Trimble RTX技術(shù)在航空攝影測量工程應(yīng)用中精度對比

地面控制測量是航空攝影測量工程重要環(huán)節(jié)，要得到精確預(yù)處理成果，需要對機(jī)載GPS數(shù)據(jù)和地面控制測量同步觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，得到飛行精確航跡文件。航空攝影地面控制測量工作包括：圖上設(shè)計、現(xiàn)場踏勘、選點(diǎn)、埋石、觀測、數(shù)據(jù)處理等工作。需要耗費(fèi)大量人力、物力、財力。Trimble RTX技術(shù)能夠很好地替代航空攝影測量地面控制測量工作，通過使用RTX技術(shù)，可以實(shí)時對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行精確預(yù)處理，減少工程人員、設(shè)備、資金投入的同時，提高數(shù)據(jù)處理效率。在實(shí)際航空攝影測量工程項目中，使用Trimble RTX技術(shù)對飛行原始POS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并導(dǎo)出激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，和外業(yè)實(shí)地測量數(shù)據(jù)對比分析，確定Trimble RTX技術(shù)在航空攝影測量應(yīng)用中的定位精度。

4.1 數(shù)據(jù)情況

本次實(shí)驗(yàn)采用山西忻州段機(jī)載激光Lidar巡線項目數(shù)據(jù)，本架次13:30開機(jī)，16:33關(guān)機(jī)，飛行時長3小時3分鐘，巡查高壓線路長度約70公里。地形為高原、山地，飛行作業(yè)時天氣晴朗。

4.2 PP-RTX解算模式數(shù)據(jù)處理

使用Applanix公司的POSPac MMS8.3軟件PP-RTX航跡解算模式，解算處理本架次飛行原始POS數(shù)據(jù)，輸出.OUT格式航跡文件，使用Riprocess點(diǎn)云處理軟件處理原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，輸出激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

在POSPAC8.3軟件中，新建工程，然后導(dǎo)入飛行原始POS數(shù)據(jù)，設(shè)置解算參數(shù)，在解算模式選項中，選擇PP-RTX模式，點(diǎn)擊開始解算，軟件自動在RTX模式下開始解算飛行航跡數(shù)據(jù)。PP-RTX解算模式下觀測衛(wèi)星個數(shù)和PDOP值、GNSS質(zhì)量控制統(tǒng)計數(shù)據(jù)（如圖4、圖5所示）：

圖4 PP-RTX觀測衛(wèi)星個數(shù)和PDOP值

圖5 PP-RTX GNSS質(zhì)量控制統(tǒng)計數(shù)據(jù)

解算完成后，使用專業(yè)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件，處理并導(dǎo)出激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

4.3.外業(yè)實(shí)地數(shù)據(jù)測量

使用網(wǎng)絡(luò)RTK在本架次飛行激光點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)實(shí)地測量一定數(shù)量的平面檢查點(diǎn)和高程檢查點(diǎn)，平面檢查點(diǎn)測量（如圖6所示）；高程檢查點(diǎn)測量（如圖7所示）：

圖6 平面檢查點(diǎn)測量

圖7 高程檢查點(diǎn)測量

4.4 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和外業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)精度對比分析

運(yùn)用專業(yè)激光雷達(dá)軟件output control report功能，將激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與外業(yè)實(shí)測離散高程點(diǎn)進(jìn)行高程比對計算，輸出點(diǎn)位高差統(tǒng)計報告（如表2所示）：

表2 高差統(tǒng)計報告

將外業(yè)測量的平面點(diǎn)位導(dǎo)入激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，一一對應(yīng)同名點(diǎn)位，輸出同名點(diǎn)位坐標(biāo)，計算點(diǎn)位平面誤差報告（如表3所示）：

表3 平面誤差報告

對高程、平面精度檢查報告進(jìn)行整理統(tǒng)計，計算出高程中誤差為0.187米，平面中誤差為0.256米，精度統(tǒng)計結(jié)果（如表4所示）：

表4 精度統(tǒng)計結(jié)果表

通過上述精度統(tǒng)計結(jié)果表可以看出，Trimble RTX技術(shù)解算精度能夠滿足一般的航空攝影測量工程項目需求。

5.結(jié)束語

Trimble RTX改正技術(shù)，針對不同的用戶需求，可以提供厘米級、分米級、亞米級精度的分級服務(wù)，已廣泛應(yīng)用于測繪工程、石油天然氣勘探、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、資產(chǎn)管理、無人駕駛等行業(yè)。特別在地廣人稀、沒有手機(jī)信號地區(qū)；CORS基站沒有覆蓋區(qū)域；水上施工，水上測量；中國公司援建的國外項目；不宜架設(shè)RTK單基站電臺地區(qū)等情況下，Trimble RTX具有其獨(dú)特優(yōu)勢。