CORS基站網穩定性監測的數據處理實踐

蔡瑞斌

(浙江省第一測繪院，浙江杭州 310012)

CORS基站網穩定性監測的數據處理實踐

蔡瑞斌?

(浙江省第一測繪院，浙江杭州 310012)

監測CORS基站網的穩定性，對維持一個城市或者地區的高精度三維基準具有重要意義。本文通過對國內某地區CORS系統數據處理，得到了基站網多期成果在ITRF2005框架及2000.0歷元下的位移形變量，同時獲取了該地區CORS基站在全球ITRF框架下的坐標時間序列，分析了其穩定性，得到了一些有益的結論。

CORS；穩定性分析；數據處理

1 引 言

隨著全球導航衛星系統(GNSS)、計算機、數據通信和互聯網絡等技術的不斷發展，利用多基站網絡RTK技術建立的連續運行衛星定位服務綜合系統(Continuous Operational Reference System，CORS)已成為GNSS應用的發展熱點之一。CORS系統建立起來之后，利用其長期觀測數據和因特網上隨時可以收集到的周邊地區或者國家GPS連續運行站的觀測數據，并借助于一些高層次科研軟件(如國內外比較熟悉的BERNESE軟件或GAMIT軟件)周期性地更新參考站的地心坐標，這對于監測CORS基站網的穩定性，維持該地區高精度三維基準具有重要意義[1]。本文通過對國內某地區CORS系統的數據處理，得到了其基站網多期成果在ITRF2005框架及2000歷元下的位移形變量，同時建立了該地區CORS基站在全球ITRF框架下的坐標時間序列，分析其穩定性。

2 基準站數據處理流程

2.1 基線解算

(1)軟件選擇

采用美國麻省理工學院與美國SCRIPPS海洋研究所共同研制的GAMIT軟件。

(2)數據準備與配置

按照GAMIT的數據解算要求準備如下文件:

①生成L文件(先驗坐標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應的各種表文件。

(3)基線解算時主要考慮的因素:

①衛星鐘差的模型改正(用廣播星歷中的鐘差參數)；

②接收機鐘差的模型改正(用根據偽距觀測值計算出的鐘差)；

③電離層折射影響用LC觀測值消除；

④對流層折射改正；

⑤衛星和接收機天線相位中心改正；

⑥測站位置的潮汐改正；

⑦衛星軌道誤差(采用IGS事后精密星歷)。

2.2 平差計算

基線向量解算完成后采用GLOBK軟件進行平差計算，坐標框架為ITRF2005參考框架，參考歷元為2000.0。

2.3 穩定性分析

數據處理完成后，獲得多期GPS觀測的成果，通過對CORS系統點位的變化情況，采用一定的統計檢驗方法，可以分析CORS系統是否發生局部顯著位移；同時建立CORS系統在全球ITRF框架下的位移速率，確定其是否發生整體位移。具體的數據處理流程為:根據兩期GPS觀測位移量采用穩健法構造統計量進行假設檢驗，搜索和確定CORS系統可能存在的不穩定點位，即確定CORS系統局部基準的穩定性，是否存在位移顯著點位；最后建立CORS系統在全球ITRF框架下的位移變化率以及坐標時間序列，分析CORS系統整體ITRF框架的穩定性[2]。

3 算 例

以某地區CORS網(圖1)2009年(年積日:071－120)，2010年(年積日:084－124)兩期觀測數據為例。基線處理收集了北京房山(BJFS)、北京十三陵(BJSH)、薊縣(JIXN)、長春(CHUN)、泰安(TAIN)、武漢(WUHN)、鹽池(YANC)7個國家連續運行站。基線解算完成后，首先分析基線解質量，再進行兩期GPS觀測單日解和整網平差，通過獲取的兩期成果對CORS系統點位的變化情況分析CORS系統。

圖1 某地區CORS網

3.1 重復性計算結果

重復性是衡量基線精度的重要指標[3]。為保證基線解的精度及可靠性，需對基線重復性及其較差進行統計分析。重復基線較差及其限差的計算方法可參閱文獻[4]，按照站心地平坐標系下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(基線長度)的重復基線較差進行統計，結果如圖2所示。

圖2 基線較差各區間分布百分比圖

可見絕大部分較差分布在區間(0～1/3)限差內，基線解算質量較好，可直接用于后續平差計算。

3.2 原始的時間序列

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

從圖3可以看出2010年3月～5月A005(此點原始時間序列跳躍較明顯)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域。對該地區CORS所有站點原始時間序列進行分析后，未發現精度變化較大的異常域，所以解算結果的可靠性高，這和基線重復性分析結果一致，同時也反映了該地區CORS網觀測數據穩定，質量較好。

圖3 A005三個方向原始的時間序列

3.3 坐標變化量

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，進行整網平差計算，最后得到兩期計算結果，將其進行比較，如表1所示。

基準站網兩期結果比較 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。

根據兩期GPS觀測位移量采用一定的檢驗方法進行假設檢驗，進行搜索和確定CORS系統可能存在的不穩定點位。從計算結果來看，該基站網存在局部和總體位移。基站點總體平面變化較小，但在垂直方向變化較大，其中A002，A005，A008沉降最為顯著，綜合其周圍地質環境變化，分析其原因是與靠近此三個基站的地區礦產開發活動頻繁以及地下水變化有關。值得注意的是A003高程有3個多厘米增大，究其原因是該基站更換了衛星接收天線，天線座底部量高不準確所致。

圖4 基準站網兩期結果比較柱狀示意圖

圖5 A005三個方向坐標時間序列

3.4 坐標時間序列

在兩期平差的基礎上，構建該地區CORS基站網的坐標時間序列。各點的坐標時間序列構建方法相同，前面提到A005較其他點變化較大，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，垂直方向變化較大，有明顯的沉降趨勢。從對整網的坐標時間序列分析來看，該地區CORS基站網觀測數據連續穩定，質量高，平面變化小，但因受到礦產開發和地下水變化的影響，在垂直方向有明顯沉降。因此為維持該地區高精度三維基準，需定期對該CORS基站網坐標基準進行實時更新。

4 結 論

(1)基線解算完成后，需對基線重復性及其較差進行統計，分析基線解算的質量。若基線較差超限值很大(達到了厘米級)，需對較差超限值大的基線剔除后，再進行平差計算，這樣可以保證基線解算的精度及其可靠性。

(2)CORS基站網單時段解算完成后，應對其原始時間序列進行分析，找出是否有因觀測值不完整或者整周模糊度沒有完全解算而造成的異常區域。

(3)CORS基站網的穩定性由該地區地質構造，地殼運動，大氣層變化，衛星接收設備的穩定性等多種因素構成。若CORS基站網的局部基準和整體的穩定性有變化時，需對各種因素進行逐一排查，詳盡分析，同時定期對該CORS基站網的坐標基準進行實時更新，以便維持該地區高精度三維基準。

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

[2] 李江衛，肖建華，王厚之等.城市坐標基準維持數據處理與穩定性分析研究[J].城市勘測，2010(1)，45～48

[3] 劉經南，葛茂榮.′92中國GPS會戰(A級網)數據處理分析[J].武漢測繪科技大學報，1995，20(1)，40～45

[4] GB/T 18314－2009.全球定位系統(GPS)測量規范[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，主要從事測量與GIS相關工作。