基于Gamit解算的NNCORS站點(diǎn)CGCS2000坐標(biāo)的確定方法

莫 懦,韋廖軍,鄧 娟,林仁超

(南寧市勘察測(cè)繪地理信息院,廣西 南寧 530023)

0 引 言

NNCORS系統(tǒng)由5個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站點(diǎn)組成,維持著南寧地區(qū)的測(cè)量框架和基準(zhǔn),隨著CGCS2000大地坐標(biāo)系的推廣,南寧地區(qū)正逐漸從以前坐標(biāo)系過(guò)渡到CGCS2000大地坐標(biāo)系,但NNCORS站點(diǎn)坐標(biāo)是基于ITRF2005框架,參考?xì)v元為瞬時(shí)歷元;而CGCS2000坐標(biāo)對(duì)應(yīng)著ITRF1997框架,參考?xì)v元為2000.0歷元;如何正確求解NNCORS站點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo),是南寧市測(cè)量工作者關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。目前求解方法有兩種[1]∶1)基線平差法,即聯(lián)測(cè)南寧地區(qū)已知的CGCS2000坐標(biāo)成果的高級(jí)控制點(diǎn),例如國(guó)家的A、B級(jí)點(diǎn);2)框架轉(zhuǎn)換法,利用目前國(guó)際上高精度GPS后處理軟件解算出當(dāng)前最新ITRF框架下的坐標(biāo),再利用SOPAC網(wǎng)站公布的框架之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,得出CGCS2000坐標(biāo)。本文分別論述了兩種方法,分析兩種方法的解算精度,并對(duì)兩種解算結(jié)果進(jìn)行比較。

1 NNCORS概況

NNCORS系統(tǒng)共有5個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站,布設(shè)在南寧市及周邊地區(qū),設(shè)為那樓站、那陳站、七塘站、金陵站和南寧站,站間最長(zhǎng)距離69 km,最短距離30 km,平均間距48.6 km,數(shù)據(jù)處理中心設(shè)在南寧市。系統(tǒng)完全覆蓋南寧市六城區(qū),全天后向南寧六城區(qū)提供高精度、高時(shí)空分辨率、高效率、高覆蓋率的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)綜合信息服務(wù),維護(hù)著南寧地區(qū)的測(cè)量框架和基準(zhǔn)。

2 Gamit軟件介紹

GAMIT/GLOBK是美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)與斯克里普斯海洋研究所(SIO)共同研發(fā)的高精度GPS定位定軌軟件,并得到美國(guó)哈佛大學(xué)和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持,目前已廣泛用于大尺度、高精度GPS定位和地殼形變分析。Gamit解算參數(shù)估計(jì)采用最小二乘算法,進(jìn)行雙差觀測(cè)量處理,完全消除了接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差的影響,削弱了軌道,大氣折射等系統(tǒng)性誤差,其對(duì)于長(zhǎng)基線解算精度可達(dá)到10-7～10-9量級(jí)[2-3]。

3 NNCORS站點(diǎn)CGCS2000坐標(biāo)的確定

為了分析兩種求解結(jié)果差異性,本文選取了同一時(shí)間段的NNCORS站點(diǎn)數(shù)據(jù),采用相同的GAMIT數(shù)據(jù)處理策略進(jìn)行基線處理。

南寧地區(qū)距離北部灣海岸300多公里,數(shù)據(jù)處理策略中不考慮海潮模型改正,并從極潮中移去平均值;考慮固體潮改正、依賴于頻率的改正、極潮改正,所有數(shù)據(jù)采用間隔均為30″,并用IGS的精密星歷進(jìn)行逐日處理。

3.1 基線平差法

基線平差法基本思想是將NNCORS站點(diǎn)聯(lián)測(cè)周邊具有CGCS2000精確坐標(biāo),采用GAMIT軟件進(jìn)行基線處理,再提取GAMIT處理的基線文件,用武漢大學(xué)研制的COSAGPS進(jìn)行平差, 三維約束平差采用具有CGCS2000精確坐標(biāo)的高級(jí)點(diǎn)進(jìn)行,進(jìn)而獲得NNCORS站點(diǎn)的精確CGCS2000坐標(biāo)。根據(jù)NNCORS站點(diǎn)分布情況,本文選取了8個(gè)南寧周邊精度指標(biāo)較好的高級(jí)點(diǎn),與NNCORS站點(diǎn)進(jìn)行24 h以上的聯(lián)測(cè)。將聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)采用GAMIT進(jìn)行基線處理,采用表1的數(shù)據(jù)處理策略對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,數(shù)據(jù)處理后,查看處理文件中的Q文件中的均方根殘差(nrms),nrms是衡量基線解算質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,nrms值要求小于0.5,如果nrms值大于0.5,則認(rèn)為數(shù)據(jù)中有大周跳沒(méi)有剔除,需要進(jìn)行重新處理或者使用CVIEW進(jìn)行人工剔除，本例中nrms=0.187,滿足要求。

表1 數(shù)據(jù)處理策略

提取GAMIT處理結(jié)果文件中的Q-FILE或者0-FILE基線解算結(jié)果文件,GAMIT對(duì)基線進(jìn)行了兩次迭代處理,第二次迭代處理的基線數(shù)據(jù)是平差采用的數(shù)據(jù),利用COSAGPS軟件對(duì)GAMIT處理的基線結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)平差,三維約束網(wǎng)平差控制點(diǎn)采用高級(jí)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)進(jìn)行約束,得出NNCORS站點(diǎn)的CGCW2000坐標(biāo)。網(wǎng)平差解算結(jié)果如表2所示。

表2 網(wǎng)平差邊長(zhǎng)相對(duì)精度

表3 NNCORS站點(diǎn)CGCS2000坐標(biāo)及精度

限于篇幅,表3只示出了部分邊長(zhǎng)及最弱邊相對(duì)精度,其中JZ01-NANN為最弱邊,相對(duì)精度達(dá)到了2.32×10-7,其他邊長(zhǎng)相對(duì)精度均小于此值,坐標(biāo)量中誤差均在毫米級(jí),達(dá)到了國(guó)家GPS B級(jí)網(wǎng)的精度要求。

3.2 框架轉(zhuǎn)換法

ITRF國(guó)際地球參考框架是IERS的具體實(shí)現(xiàn),是一個(gè)地心四維坐標(biāo)參考框架,是基于VBVI、LLR、SSR、GPS和DORIS等空間技術(shù)所建立起來(lái)的,是全球IGS站和速度場(chǎng)的具體實(shí)現(xiàn)。目前最新的ITRF框架為ITRF2008參考框架,最新精密星歷計(jì)算的坐標(biāo)為ITRF2008框架下的坐標(biāo),而CGCS2000對(duì)應(yīng)的框架為ITRF97,Epoch=2 000.0,ITRF2008坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo),實(shí)質(zhì)就是框架之間的轉(zhuǎn)換。然而ITRF2008到ITRF97框架之間沒(méi)有直接的轉(zhuǎn)換參數(shù),根據(jù)ITRF所公布的框架轉(zhuǎn)換參數(shù),可根據(jù)ITRF2008與ITRF2000、ITRF2000與ITRF97的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到。表4示出了ITRF2008與ITRF2000、ITRF2000與ITRF97的轉(zhuǎn)換參數(shù)及參數(shù)變率。

表4 ITRF2008至各框架轉(zhuǎn)換參數(shù)及其速率

表4所列數(shù)據(jù)為特定歷元下的轉(zhuǎn)換參數(shù),而當(dāng)前求解的ITRF2008框架下的坐標(biāo)與CGCS2000參考?xì)v元跨度達(dá)10年以上,需要考慮板塊漂移和地殼形變等因素。地球表面的觀測(cè)點(diǎn)會(huì)隨時(shí)間的推移進(jìn)行漂移及升降,不同歷元基準(zhǔn)的坐標(biāo)應(yīng)進(jìn)行歷元基準(zhǔn)的歸算,公式為[4]

(1)

公式中的IGS測(cè)站的速度為年變率。t1為框架歷元,t2為需轉(zhuǎn)換到的歷元,這里為CGCS2000所在的歷元,即2 000.0.為了獲取準(zhǔn)確的CGCS200精確坐標(biāo),必須獲得精度為毫米級(jí)的點(diǎn)位速度場(chǎng),而南寧地區(qū)目前沒(méi)有CORS站維持本地區(qū)的速度場(chǎng)模型,所以實(shí)際操作中南寧地區(qū)速度場(chǎng)可以采用加權(quán)平均法[5]和NNR-NUVEL-1A板塊運(yùn)動(dòng)模型[6]所獲得,南寧地區(qū)上某一點(diǎn)的速度公式可以采用

(2)

選取了2013年,年積日為280,…,289十天的NNCORS站點(diǎn)數(shù)據(jù),選取CUSV、PIMO、LHAZ、SHAO、TWTF、BJFS、SUWN的ITRF2008框架下的坐標(biāo)做約束,采用IGS站精密星歷進(jìn)行處理,處理后得到單天的松弛解,再用GLOBK軟件單日解合并,平差得到ITRF2008框架,Ecoph=2 013.781下的精確坐標(biāo),單日解水平精度5 mm,垂直精度10 mm.同時(shí)根據(jù)以上框架轉(zhuǎn)換和歷元基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,編制了程序,計(jì)算出了NNCORS的CGCS2000坐標(biāo)，坐標(biāo)如表5所示。

表5 NNCORS CGCS2000坐標(biāo)

用基線平差法與框架轉(zhuǎn)換法計(jì)算出的NNCORS站點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)作了比較,比較結(jié)果如表6所示,比較結(jié)果表明,各站點(diǎn)坐標(biāo)分量較差大部分都小于1 cm,達(dá)到毫米級(jí)。最大較差絕對(duì)值1.6 cm,最小較差絕對(duì)值為0.5 cm.

表6 CGCS2000坐標(biāo)較差

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述的基線平差法和框架轉(zhuǎn)換法計(jì)算NNCORS的CGCS2000坐標(biāo)保持了高度的一致,但在計(jì)算過(guò)程中需注意以下幾個(gè)方面:

1)城市CORS站點(diǎn)CGCS2000精確坐標(biāo)的確定,在國(guó)家A、B級(jí)坐標(biāo)點(diǎn)密度分布不均勻的地區(qū)框架轉(zhuǎn)換法比基線平差法有優(yōu)勢(shì)。

2)IGS站的選取應(yīng)兼顧平衡性與精度一致性原則;

3)不同框架,不同歷元下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,其點(diǎn)位速度場(chǎng)起關(guān)鍵性作用,因此需獲得轉(zhuǎn)換點(diǎn)的精確速度場(chǎng),否則會(huì)影響轉(zhuǎn)換精度;

4)用基線平差法時(shí),應(yīng)選擇精度高、穩(wěn)定性好的高級(jí)點(diǎn)作為聯(lián)測(cè)點(diǎn)。

[1]成英燕,2000國(guó)家大地坐標(biāo)框架轉(zhuǎn)換方法[R].2009.

[2]李 杰, 王曉強(qiáng). 應(yīng)用GAMIT軟件進(jìn)行高精度GPS定位解算[J].內(nèi)陸地震, 2001, 15 (4): 355-359.

[3]鄂棟臣, 詹必偉, 姜衛(wèi)平,等. 應(yīng)用GAMIT/GLOBK軟件進(jìn)行高精度GPS數(shù)據(jù)處理[J].極地研究,2005, 17 (3): 173-182.

[4]劉 立,成英燕.坐標(biāo)框架轉(zhuǎn)換若干問(wèn)題的研究[J].全球定位系統(tǒng),2010,35(1):20-25.

[5]林曉靜,張小紅,郭 斐.ITRF2005與CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法與精度分析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2010(2):117-120,124.

[6]榮 敏,周 魏.基于ITRF2005的全球版塊運(yùn)動(dòng)模型[J].海洋測(cè)繪,2009(1):1-3