CORS基站網(wǎng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理實(shí)踐

蔡瑞斌

(浙江省第一測(cè)繪院，浙江杭州 310012)

CORS基站網(wǎng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理實(shí)踐

蔡瑞斌?

(浙江省第一測(cè)繪院，浙江杭州 310012)

監(jiān)測(cè)CORS基站網(wǎng)的穩(wěn)定性，對(duì)維持一個(gè)城市或者地區(qū)的高精度三維基準(zhǔn)具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某地區(qū)CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理，得到了基站網(wǎng)多期成果在ITRF2005框架及2000.0歷元下的位移形變量，同時(shí)獲取了該地區(qū)CORS基站在全球ITRF框架下的坐標(biāo)時(shí)間序列，分析了其穩(wěn)定性，得到了一些有益的結(jié)論。

CORS；穩(wěn)定性分析；數(shù)據(jù)處理

1 引 言

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的不斷發(fā)展，利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)(Continuous Operational Reference System，CORS)已成為GNSS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一。CORS系統(tǒng)建立起來(lái)之后，利用其長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)和因特網(wǎng)上隨時(shí)可以收集到的周邊地區(qū)或者國(guó)家GPS連續(xù)運(yùn)行站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并借助于一些高層次科研軟件(如國(guó)內(nèi)外比較熟悉的BERNESE軟件或GAMIT軟件)周期性地更新參考站的地心坐標(biāo)，這對(duì)于監(jiān)測(cè)CORS基站網(wǎng)的穩(wěn)定性，維持該地區(qū)高精度三維基準(zhǔn)具有重要意義[1]。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某地區(qū)CORS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，得到了其基站網(wǎng)多期成果在ITRF2005框架及2000歷元下的位移形變量，同時(shí)建立了該地區(qū)CORS基站在全球ITRF框架下的坐標(biāo)時(shí)間序列，分析其穩(wěn)定性。

2 基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)處理流程

2.1 基線解算

(1)軟件選擇

采用美國(guó)麻省理工學(xué)院與美國(guó)SCRIPPS海洋研究所共同研制的GAMIT軟件。

(2)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與配置

按照GAMIT的數(shù)據(jù)解算要求準(zhǔn)備如下文件:

①生成L文件(先驗(yàn)坐標(biāo)采用差分的辦法獲得)；

②配置station.info；sestbl.；sittbl.文件；

③下載和更新與年積日對(duì)應(yīng)的各種表文件。

(3)基線解算時(shí)主要考慮的因素:

①衛(wèi)星鐘差的模型改正(用廣播星歷中的鐘差參數(shù))；

②接收機(jī)鐘差的模型改正(用根據(jù)偽距觀測(cè)值計(jì)算出的鐘差)；

③電離層折射影響用LC觀測(cè)值消除；

④對(duì)流層折射改正；

⑤衛(wèi)星和接收機(jī)天線相位中心改正；

⑥測(cè)站位置的潮汐改正；

⑦衛(wèi)星軌道誤差(采用IGS事后精密星歷)。

2.2 平差計(jì)算

基線向量解算完成后采用GLOBK軟件進(jìn)行平差計(jì)算，坐標(biāo)框架為ITRF2005參考框架，參考?xì)v元為2000.0。

2.3 穩(wěn)定性分析

數(shù)據(jù)處理完成后，獲得多期GPS觀測(cè)的成果，通過(guò)對(duì)CORS系統(tǒng)點(diǎn)位的變化情況，采用一定的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，可以分析CORS系統(tǒng)是否發(fā)生局部顯著位移；同時(shí)建立CORS系統(tǒng)在全球ITRF框架下的位移速率，確定其是否發(fā)生整體位移。具體的數(shù)據(jù)處理流程為:根據(jù)兩期GPS觀測(cè)位移量采用穩(wěn)健法構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，搜索和確定CORS系統(tǒng)可能存在的不穩(wěn)定點(diǎn)位，即確定CORS系統(tǒng)局部基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，是否存在位移顯著點(diǎn)位；最后建立CORS系統(tǒng)在全球ITRF框架下的位移變化率以及坐標(biāo)時(shí)間序列，分析CORS系統(tǒng)整體ITRF框架的穩(wěn)定性[2]。

3 算 例

以某地區(qū)CORS網(wǎng)(圖1)2009年(年積日:071－120)，2010年(年積日:084－124)兩期觀測(cè)數(shù)據(jù)為例?；€處理收集了北京房山(BJFS)、北京十三陵(BJSH)、薊縣(JIXN)、長(zhǎng)春(CHUN)、泰安(TAIN)、武漢(WUHN)、鹽池(YANC)7個(gè)國(guó)家連續(xù)運(yùn)行站。基線解算完成后，首先分析基線解質(zhì)量，再進(jìn)行兩期GPS觀測(cè)單日解和整網(wǎng)平差，通過(guò)獲取的兩期成果對(duì)CORS系統(tǒng)點(diǎn)位的變化情況分析CORS系統(tǒng)。

圖1 某地區(qū)CORS網(wǎng)

3.1 重復(fù)性計(jì)算結(jié)果

重復(fù)性是衡量基線精度的重要指標(biāo)[3]。為保證基線解的精度及可靠性，需對(duì)基線重復(fù)性及其較差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。重復(fù)基線較差及其限差的計(jì)算方法可參閱文獻(xiàn)[4]，按照站心地平坐標(biāo)系下N方向(南北方向)、E方向(東西方向)、U方向(垂直方向)及S方向(基線長(zhǎng)度)的重復(fù)基線較差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 基線較差各區(qū)間分布百分比圖

可見絕大部分較差分布在區(qū)間(0～1/3)限差內(nèi)，基線解算質(zhì)量較好，可直接用于后續(xù)平差計(jì)算。

3.2 原始的時(shí)間序列

將GAMIT單時(shí)段解所得到的h文件作為GLOBK的輸入，獲得原始的時(shí)間序列，這里以A005點(diǎn)2010年3月～5月觀測(cè)的三個(gè)方向原始時(shí)間序列為例，如圖2所示。

從圖3可以看出2010年3月～5月A005(此點(diǎn)原始時(shí)間序列跳躍較明顯)平面變化小，雖在垂直方向有一定的變化，但不存在由于觀測(cè)值不完整或者整周模糊度沒有得到完全解算而造成的異常區(qū)域。對(duì)該地區(qū)CORS所有站點(diǎn)原始時(shí)間序列進(jìn)行分析后，未發(fā)現(xiàn)精度變化較大的異常域，所以解算結(jié)果的可靠性高，這和基線重復(fù)性分析結(jié)果一致，同時(shí)也反映了該地區(qū)CORS網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，質(zhì)量較好。

圖3 A005三個(gè)方向原始的時(shí)間序列

3.3 坐標(biāo)變化量

將2009年(年積日:071－120)和2010年(年積日:084－124)兩期各自的單日解的h文件合并，進(jìn)行整網(wǎng)平差計(jì)算，最后得到兩期計(jì)算結(jié)果，將其進(jìn)行比較，如表1所示。

基準(zhǔn)站網(wǎng)兩期結(jié)果比較 表1

A003－0.003－0.0050.035 A004－0.0020.001－0.003 A0050.009－0.002－0.092 A0060.0020.000－0.001 A007－0.006－0.0080.008 A0080.004－0.003－0.048 A0090.0010.001－0.005 A010－0.0010.000－0.002 A0110.0010.0030.009 A0120.0030.001－0.010 A0130.0000.002－0.002

其中△N代表南北方向差異，△E代表東西方向差異，△U代表高程方向差異。

根據(jù)兩期GPS觀測(cè)位移量采用一定的檢驗(yàn)方法進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，進(jìn)行搜索和確定CORS系統(tǒng)可能存在的不穩(wěn)定點(diǎn)位。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，該基站網(wǎng)存在局部和總體位移?；军c(diǎn)總體平面變化較小，但在垂直方向變化較大，其中A002，A005，A008沉降最為顯著，綜合其周圍地質(zhì)環(huán)境變化，分析其原因是與靠近此三個(gè)基站的地區(qū)礦產(chǎn)開發(fā)活動(dòng)頻繁以及地下水變化有關(guān)。值得注意的是A003高程有3個(gè)多厘米增大，究其原因是該基站更換了衛(wèi)星接收天線，天線座底部量高不準(zhǔn)確所致。

圖4 基準(zhǔn)站網(wǎng)兩期結(jié)果比較柱狀示意圖

圖5 A005三個(gè)方向坐標(biāo)時(shí)間序列

3.4 坐標(biāo)時(shí)間序列

在兩期平差的基礎(chǔ)上，構(gòu)建該地區(qū)CORS基站網(wǎng)的坐標(biāo)時(shí)間序列。各點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)間序列構(gòu)建方法相同，前面提到A005較其他點(diǎn)變化較大，因此這里以A005為例，其中N代表南北方向，E代表東西方向，U代表高程方向。

從圖5可知，A005在平面變化微小，有一定向北偏移的趨勢(shì)，垂直方向變化較大，有明顯的沉降趨勢(shì)。從對(duì)整網(wǎng)的坐標(biāo)時(shí)間序列分析來(lái)看，該地區(qū)CORS基站網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)穩(wěn)定，質(zhì)量高，平面變化小，但因受到礦產(chǎn)開發(fā)和地下水變化的影響，在垂直方向有明顯沉降。因此為維持該地區(qū)高精度三維基準(zhǔn)，需定期對(duì)該CORS基站網(wǎng)坐標(biāo)基準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

4 結(jié) 論

(1)基線解算完成后，需對(duì)基線重復(fù)性及其較差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析基線解算的質(zhì)量。若基線較差超限值很大(達(dá)到了厘米級(jí))，需對(duì)較差超限值大的基線剔除后，再進(jìn)行平差計(jì)算，這樣可以保證基線解算的精度及其可靠性。

(2)CORS基站網(wǎng)單時(shí)段解算完成后，應(yīng)對(duì)其原始時(shí)間序列進(jìn)行分析，找出是否有因觀測(cè)值不完整或者整周模糊度沒有完全解算而造成的異常區(qū)域。

(3)CORS基站網(wǎng)的穩(wěn)定性由該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，地殼運(yùn)動(dòng)，大氣層變化，衛(wèi)星接收設(shè)備的穩(wěn)定性等多種因素構(gòu)成。若CORS基站網(wǎng)的局部基準(zhǔn)和整體的穩(wěn)定性有變化時(shí)，需對(duì)各種因素進(jìn)行逐一排查，詳盡分析，同時(shí)定期對(duì)該CORS基站網(wǎng)的坐標(biāo)基準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，以便維持該地區(qū)高精度三維基準(zhǔn)。

[1] 蔣志浩，張鵬，李志才等.我國(guó)GPS跟蹤站在汶川地震前后的運(yùn)動(dòng)特征分析[J].全球定位系統(tǒng)，2008(5)，6～10

[2] 李江衛(wèi)，肖建華，王厚之等.城市坐標(biāo)基準(zhǔn)維持?jǐn)?shù)據(jù)處理與穩(wěn)定性分析研究[J].城市勘測(cè)，2010(1)，45～48

[3] 劉經(jīng)南，葛茂榮.′92中國(guó)GPS會(huì)戰(zhàn)(A級(jí)網(wǎng))數(shù)據(jù)處理分析[J].武漢測(cè)繪科技大學(xué)報(bào)，1995，20(1)，40～45

[4] GB/T 18314－2009.全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].

Data Processing Practice and Stability Analysis of CORS NET

Cai RuiBin
(Zhengjiang No.1 Institution of Surveying and Mapping，Hangzhou 310012，China)

As we know that monitoring stability analysis of CORS net is important to keep a city three dimension datum.This paper gets the CORS nets displacement variations and coordinates time series at the ITRF2005 and 2000.0 epochs by combining with an instance.Finally，some conclusions are reached.

CORS；Stability Analysis；Data Processing

1672－8262(2010)03－72－04

P228.43

B

2010—10—26

蔡瑞斌(1981—)，男，助理工程師，主要從事測(cè)量與GIS相關(guān)工作。