基于Gamit數(shù)據(jù)解算的CORS站點(diǎn)穩(wěn)定性監(jiān)測研究

張旭東，蔡元波，韓紅超

（寧波市測繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315041）

基于Gamit數(shù)據(jù)解算的CORS站點(diǎn)穩(wěn)定性監(jiān)測研究

張旭東，蔡元波，韓紅超

（寧波市測繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315041）

CORS系統(tǒng)一般由多個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站建立，它維護(hù)著區(qū)域控制測量框架和基準(zhǔn)，因此對參考站本身的穩(wěn)定性分析十分重要。由于CORS系統(tǒng)的參考站間距多在40 km以上，常規(guī)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件難以解算相關(guān)數(shù)據(jù)。以寧波市CORS站點(diǎn)為例研究利用Gam it軟件進(jìn)行CORS站點(diǎn)的穩(wěn)定性監(jiān)測。

GAM IT；CORS站；穩(wěn)定性；監(jiān)測

隨著網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的日益成熟，似大地水準(zhǔn)面精化精度的日益提高，連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）的應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大，越來越多的城市建立了自己的市域CORS系統(tǒng)，越來越多的地區(qū)和省份開始建立區(qū)域CORS系統(tǒng)。CORS系統(tǒng)建立并維護(hù)著區(qū)域的控制測量基準(zhǔn)、參考站，特別是特定地質(zhì)條件區(qū)域的參考站，受板塊運(yùn)動或地面沉降的影響，本身的穩(wěn)定性分析就顯得尤為重要，也是遴選城市參考站點(diǎn)組建省域CORS系統(tǒng)的必要步驟。

1 NBCORS及其穩(wěn)定性監(jiān)測方案

寧波市地處長江三角洲東南角，南部屬浙東丘陵區(qū)，北部屬杭州灣南岸的寧紹平原，寧波市區(qū)位于寧紹平原水網(wǎng)地帶，區(qū)域地勢平坦，水網(wǎng)密布，海拔一般在3m左右，主要為第四紀(jì)形成的濱海相沉積環(huán)境，地面沉降較快。寧波市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（NBCORS），建于2009年，系統(tǒng)建有8個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站點(diǎn)，并將 6個(gè)周邊城市參考站點(diǎn)并入網(wǎng)中。由于寧波大部分地區(qū)基巖埋深較大，部分參考站未能建設(shè)基巖觀測墩，而是采用了土層觀測墩或屋頂觀測墩。因而，NBCORS的參考站點(diǎn)除受板塊運(yùn)動的影響之外，還受到觀測墩自身沉降和地面沉降的綜合影響，其中，后兩者為主要的影響因素。

NBCORS的參考站平均站間距約為45 km，觀測墩的埋設(shè)方式不統(tǒng)一，常規(guī)的監(jiān)測手段受場地的限制，基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇比較困難，而且難以建立統(tǒng)一的基準(zhǔn)，不利于比較參考站之間的相對位置變化情況；參考站有長期連續(xù)觀測的GPS數(shù)據(jù)，通過分時(shí)段數(shù)據(jù)解算可以獲取各參考站不同時(shí)間段的三維坐標(biāo)，即可實(shí)現(xiàn)參考站的穩(wěn)定性監(jiān)測。

NBCORS全網(wǎng)站間基線長度在20 km-223 km之間，相鄰站點(diǎn)間的平均間距約為45 km。監(jiān)測方案如下：

1）數(shù)據(jù)選擇：選用全部站點(diǎn)每月的1～5日觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣率 30 s，以每天為一個(gè)時(shí)段，時(shí)段長24 h，重復(fù)設(shè)站數(shù)為5；

2）解算軟件：由于基線長度和觀測時(shí)段長均超出了一般隨機(jī)軟件的處理能力，在數(shù)據(jù)處理上使用Gamit軟件；

3）星歷選擇：IGS精密星歷；

4）平差：采用武漢大學(xué)研制的CosaGPS軟件對5天的解算數(shù)據(jù)進(jìn)行平差。

2 Gamit軟件及數(shù)據(jù)處理

2.1 GAM IT軟件簡介

GAM IT/GLOBK由美國麻省理工學(xué)院 (M IT)和斯克里普斯海洋研究所 (SIO)聯(lián)合開發(fā),并得到美國哈佛大學(xué)和美國國家科學(xué)基金會的支持，是一套高精度數(shù)據(jù)處理軟件,主要用于分析研究地殼變形、高精度GPS測量數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域。GAM IT軟件處理雙差觀測量，采用最小二乘算法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，可以完全消除衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差的影響，同時(shí)也可以明顯減弱諸如軌道誤差、大氣折射誤差等系統(tǒng)性誤差的影響，長基線的解算精度可以達(dá)到10-7～10-9。

2.2 GAM IT數(shù)據(jù)處理

1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與整理。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備包括觀測數(shù)據(jù)下載、精密星歷和廣播星歷下載，Gam it最新表文件下載。其中l(wèi)untab、soltab、nutabl按年存放，pole、ut1、pmu每周都有更新。需要注意的是：測站觀測文件名中的字母必須為小寫，由于Gam it10.35在IGS文件夾下的表文件鏈接指向的是Gam it安裝目錄下的tables文件夾下對應(yīng)的表文件，因而，下載的最新表文件必須在安裝目錄下的tables文件夾下存在，否則在執(zhí)行sh_gamit批處理命令時(shí)將出現(xiàn)錯(cuò)誤。

在工作目錄下新建rinex、igs、brdc文件夾，分別存放觀測數(shù)據(jù)、精密星歷和廣播星歷文件，再將Gamit安裝目錄下的tables文件夾復(fù)制到工作目錄下。

由于NBCORS穩(wěn)定性監(jiān)測方案未引入IGS跟蹤站點(diǎn)，NBCORS的參考站數(shù)據(jù)為RINEX格式且頭文件皆正確，本方案在數(shù)據(jù)處理時(shí)直接用 sh_upd_stnfo來從rinex頭文件中提取測站信息，生成station.info。

從rinex頭文件中手動提取各測站的三維空間直角坐標(biāo)，并按相應(yīng)的格式寫入lfile.apr文件。

2）控制文件設(shè)置與數(shù)據(jù)處理。Sestbl文件中設(shè)置Choiceof Observable=LC_HELP；Choiceof Experiment =RELAX.；Number Zen=13；

Sittble文件中將各參考站的坐標(biāo)約束值設(shè)置為0.03,0.03,0.03；

Autcln.cmd文件采用默認(rèn)設(shè)置。

在當(dāng)前工作目錄下寫一個(gè)批處理文件p，其內(nèi)容如圖1所示。

圖1 批處理文件

在工作目錄下運(yùn)行csh p，即可進(jìn)行自動處理。

數(shù)據(jù)處理完成后，檢查q文件中的nrms值是否在合理值0.25左右。

圖2 q文件中的處理總結(jié)

對于部分基線解算精度較低的時(shí)段，查看 autcln.post.sum文件，查看問題測站或衛(wèi)星，有針對性地在autcln.cmd文件中編輯測站和衛(wèi)星，再次進(jìn)行該時(shí)段的數(shù)據(jù)處理直至精度達(dá)到要求。

3 穩(wěn)定性分析

在處理完全部數(shù)據(jù)之后，將每月前 5天的數(shù)據(jù)進(jìn)行單點(diǎn)起算的三維無約束平差，為便于比較，起算點(diǎn)選擇為埋設(shè)在基巖上的余姚參考站。將每月初的平差坐標(biāo)與CORS站的原始坐標(biāo)進(jìn)行比較，并將變化值繪制成變化曲線。

限于篇幅，本文僅分析其中 2個(gè)典型的參考站的監(jiān)測結(jié)果。NIBO站的監(jiān)測結(jié)果如表1和圖3所示。

表1 NIBO站坐標(biāo)變化量分析表/mm

圖3 NIBO站坐標(biāo)變化曲線圖

從表1和圖3可以看出，監(jiān)測結(jié)果在平面坐標(biāo)上的精度較高，為sqrt(0.82+1.12)≈1.4 mm，大地高上的精度略低，為3.5 mm，寧波站三維坐標(biāo)月均變化量為0.0,0.2和0.0，表明寧波較為穩(wěn)定。

表2 YIZH站坐標(biāo)變化量分析表/mm

圖4 YIZH站坐標(biāo)變化曲線圖

從圖4和表2可以看出，YIZH站有較為明顯的下沉現(xiàn)象，月均沉降值為4.4mm，而且平面坐標(biāo)方向上存在細(xì)微的偏移，月變化率分別為-1.2和-0.3。表2中北坐標(biāo)與原坐標(biāo)差值的精度達(dá)到4mm，明顯比表1中的相應(yīng)精度要低，但坐標(biāo)分量月變化量的精度分別為1.0mm和1.5mm，與表1中相應(yīng)精度相當(dāng)，驗(yàn)證了監(jiān)測的精度和可靠性。

4 結(jié) 語

運(yùn)用Gamit軟件對CORS站的GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分段解算和平差，可以得到平面精度優(yōu)于2mm，大地高優(yōu)于 4 mm的分段時(shí)間內(nèi)的三維坐標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)對CORS站的穩(wěn)定性監(jiān)測，監(jiān)測對參考站的平面位置變動敏感度較高，通過取多區(qū)段大地高變化量的平均值，可以彌補(bǔ)在大地高上精度略低的問題，從而準(zhǔn)確反應(yīng)參照站的大地高的變化趨勢。

[1] 鄂棟臣，詹必偉，姜衛(wèi)平,等.應(yīng)用GAM IT/GLOBK進(jìn)行高精度GPS處理[J].極地研究，2005,9:173-182

[2] 李征航，張小紅.衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)及高精度數(shù)據(jù)處理方法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2009

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

[4] 黃聲享，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003

[5] 李延興，胡新康，趙晨坤.GPS監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方案研究[J].測繪學(xué)報(bào)，1999,28（1）：62-66

Research of CORSStation Stability Monitor Based on Gam it

by ZHANG Xudong

CORShas founded and beenmaintaining the regional control survey frame and benchmark with multi-station,whose stability are very important to the system.Because of the distances between stations are larger than 40km,common GPS data processing software can not process the data with high precision.Taking Ningbo CORS as example,this paper studied on monitoring the CORS stations' stability with Gamit data processing.

GAM IT,CORS station,stability，monitoring （Page:38）

P228.42

B

1672-4623(2011)02-0038-02

2011-01-17

張旭東，工程師，主要從事GPS和CORS技術(shù)的研究和應(yīng)用。