ITRF2000與ITRF2005的差異對GNSS數據處理的影響*

占 偉 楊 博 武艷強 劉志廣 孟憲綱

(1)中國地震局第一監測中心，天津 300180 2)中國地震局地震預測研究所，北京100036)

ITRF2000與ITRF2005的差異對GNSS數據處理的影響*

占 偉1)楊 博1)武艷強2)劉志廣1)孟憲綱1)

(1)中國地震局第一監測中心，天津 300180 2)中國地震局地震預測研究所，北京100036)

分析ITRF2000和ITRF2005下得到的測站坐標、基線長度、水平速度場的差異。結果表明：經過坐標轉換后，測站坐標差異為毫米級，基線差異在1 mm以內;ITRF2000和ITRF2005下水平速度場的差異隨研究范圍的縮小而減小，大尺度區域的水平速度場差值在1 mm/a以內，方向上存在2°左右的系統差，而對于中等尺度區域，該差異在數值和方向上均不顯著。

ITRF2000;ITRF2005;GNSS;數據處理;差異

1 引言

參考框架是GNSS數據處理的基礎，較好的坐標框架就全球而言必須是全球統一、連續自洽、并得到不斷精化的框架，具有這些條件的參考框架目前只有國際地球參考系，即ITRF參考框架。目前常用的參考框架為2001年推出的ITRF2000和2006年推出的ITRF2005［1，2］。較多的GNSS數據處理成果都是統一轉換到ITRF2000框架下［3，4］。而處理GNSS數據時，要盡量采用最新的ITRF參考框架，并把過去處理的結果及時轉換成最新的ITRF參考系中的成果。

相對于ITRF2000，ITRF2005在解的生成、基準的定義和實現等方面，做了進一步的完善和修正［2，5，6］。因此，高精度、高分辨率的ITRF2005將會逐漸取代ITRF2000成為當前GNSS數據處理的基準框架。

在高精度 GNSS數據處理中，分別選用ITRF2000和ITRF2005作為GNSS數據處理的基準框架得到的結果是否有差別、有多大的差別、該差別對形變分析是否有影響等都需要進行研究。因此，本文基于實測的GNSS連續觀測和流動觀測數據分析了ITRF2000和ITRF2005下測站坐標、基線長度、區域水平速度場的差異，以期為高精度GNSS數據處理和不同時期GNSS數據處理成果轉換提供依據或參考。

2 測站坐標的差異

2.1 時間序列解算

將中國地殼運動觀測網絡(簡稱“網絡工程”)［7］30余個基準站及中國大陸周邊16個IGS站組成區域網(圖1)，記為基準網(JZW)。利用GAMIT/GLOBK 10.34軟件處理基準網2008—2009年的觀測數據，得到各測站的坐標時間序列，解算參數設置如下：數據采樣間隔為30 s，基線處理模式為松弛解，地球重力場、固體潮和極潮模型都遵循最新規范 IERS2003，全球海潮模型采用最新版的FES2004(otl_FES2004.grid)，以LC觀測量消除電離層一階項的折射影響，對流層映射函數采用VMF1模型，每2個小時估計1個天頂延遲參數。

圖1 網絡工程基準站及周邊IGS站分布Fig.1 Distribution of IGS stations and GNSS fiducial stations of CMONC

2.2 測站坐標差異

將計算得到的ITRF2000和ITRF2005下測站坐標(XYZ)時間序列分別記為X2000和X2005，根據ITRF2000和ITRF2005之間的14個Helmert轉換參數［1］，將X2005轉換到ITRF2000下并記為X0005。由于在分析測站運動狀況中經常使用NEU坐標系，故按照文獻［8］給出的方法將X2000、X2005、X0005轉換為N2000、N2005和N0005，取坐標差=N2000 -N0005，統計3個方向(N，E，U)坐標差的標準差(圖2)。從圖2可以看出，各點在兩個框架下的NEU坐標差的標準差均為毫米級，因此認為ITRF2000和ITRF2005的差異所引起的測站坐標時間序列差異為毫米級，其最大值為3.67 mm，最小值為1.26 mm。

圖2 坐標轉換后ITRF2000和ITRF2005下的坐標差Fig.2 Differences in positions between ITRF2000 and ITRF2005 after transformation

3 基線長度的差異

根據計算得到的X2000和X0005分別計算基線長度，記為S2000和S0005，再進行做差比較。限于篇幅，表1只給出了5條基線的長度差。

從表1可以看出，坐標轉換后 ITRF2000和ITRF2005下的基線長度差異隨基線長度的增大而緩慢增大，但總體而言，差異很小(最大值為1～2.1 mm，標準差均在1 mm以內)。以JIXN-DLHA基線為例，差值絕大部分分布在-0.5～1 mm內(圖3)。

表1 坐標轉換后ITRF2000和ITRF2005下的基線長度差Tab.1 Differences of baseline lengths between ITRF2000 and ITRF2005 after transformation

4 水平速度場的差異

4.1 大尺度區域網

在計算結果N2000和N0005內挑選數據完整、N和E分量時間序列線性較好的27個測站，對時間序列進行線性擬合，得到2008—2009年水平(N和E向)速度場，分別記為V2000和V0005。按式(1)計算V2000和V0005中各點水平運動速度標量值V和方位角A(從正北開始順時針旋轉值)。

其中，Vn和Ve分別是N和E向速度值。

將V0005中各點的V值和A值與V2000中的對應值做差比較，分別記為DV和DA(表2)。

從表2可以看出，ITRF2000和ITRF2005下基準網水平速度場差異很小，速度值差異在1 mm/a內，方向上存在2°左右的系統差。

表2 ITRF2000和ITRF2005下基準網水平速度場差異Tab.2 Differences of JZW’s horizontal velocity field between ITRF2000 and ITRF2005

4.2 中等尺度區域網

山西GNSS監測網是山西省地震局于1996年沿山西斷裂帶布設的高精度GNSS監測網，原有點位40個，除5個測站由于被破壞或受其他影響而無法有效使用外，絕大部分測站狀態正常。1996—2009年每年都復測一次，每次每站觀測的時間長度一般為3～4晝夜。將這35個站與周邊17個國內基準站和 IGS站組成一個區域網，記為山西網(SXW)。對山西網2008年和2009年的兩期觀測數據進行處理，分別得到ITRF2000和ITRF2005下山西網2008—2009年的水平速度場(圖4)。從圖4可以看出，ITRF2000和ITRF2005下的水平速度場在數值和方向上的差異均不顯著(數值差異在0.7 mm/a以內，方位角差異在0.5°以內)。

圖4 ITRF2000和ITRF2005下山西網水平速度場的差異Fig.4 Difference of SXW’s horizontal velocity field between ITRF2000 and ITRF2005

5 結語

1)ITRF2000和ITRF2005的差異造成的測站坐標差為毫米級(1.26～3.67 mm)，處于高精度GNSS觀測可識別范圍;

2)基線長度受ITRF2000和ITRF2005的差異影響較小，差值在1 mm以內。由于基線長度的變化可以反映測點之間的變形特征，而不足1 mm的差異表明該變形信息基本不受參考框架的影響;

3)ITRF2000和ITRF2005下水平速度場的差異隨研究范圍的縮小而減弱。大尺度區域的水平速度場差值在1 mm/a內，方向上存在2°左右的系統差;而對于中等尺度區域，該差異在數值和方向上均不顯著。

致謝 感謝楊國華研究員的有益討論!

1 Altamimi Z，Sillard P and Boucher C.ITRF2000：A new release of the International Terrestrial Reference Frame for earth science applications［J］.J Geophys Res.，2002，107 (B10)：2214，doi：10.1029/2001JB000561.

2 Altamimi Z，et al.ITRF2005：A new release of the International Terrestrial Reference Frame based on time series of station positions and Earth Orientation Parameters［J］.J GeophysRes.，2007，112：B09401，doi：10.1029/ 2007JB004949.

3 賴錫安，等.中國大陸現今地殼運動［M］.北京：地震出版社，2004.(Lai Xi’an，et al.Present-day crustal movement in China constrained［M］.Beijing：Seismological Press， 2004)

4 楊國華，等.印尼地震對我國川滇地區地殼水平活動的影響［J］.大地測量與地球動力學，2006，(1)：9-20.(Yang Guohua，et al.Effect of Indonesia earthquake on horizontal crustal movement in Sichuan-Yunnan region［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2006，(1)：9-20)

5 朱文耀，熊福文，宋淑麗.ITRF2005簡介和評析［J］.天文學進展，2008，26(1)：1-14.(Zhu Wenyao，et al.Notes and commentary on the ITRF2005［J］.Progress in Astronomy，2008，26(1)：1-14)

6 魏娜，施闖.地球參考框架的實現和維持［J］.大地測量與地球動力學，2009，(2)：135-139.(Wei Na and Shi Chuang.Realization and maintenance of terrestrial reference frame［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2009，(2)：135-139)

7 牛之俊，等.中國地殼運動觀測網絡［J］.大地測量與地球動力學，2002，(3)：88-93.(Niu Zhijun，et al.Crustal Movement Observation Network of China［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2002，(3)：88-93)

8 黃立人，高硯龍，任立生.關于NEU(ENU)坐標系統［J］.大地測量與地球動力學，2006，(1)：97-99.(Huang Liren，et al.On NEU(ENU)coordinates system［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2006，(1)：97-99)

EFFECT OF DIFFERENCE BETWEEN ITRF2000 AND ITRF2005 ON GNSS DATA PROCESSING

Zhan Wei1)，Yang Bo1)，Wu Yanqiang2)，Liu Zhiguang1)and Meng Xiangang1)

(1)First Crust Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin 300180 2)Institute of Earthquake Science，CEA，Beijing100036)

As comparing with the ITRF2000，the ITRF2005 make a lot of improvement on solution generation，datum definition and realization and so on，so there is a certain frame difference between the ITRF2000 and ITRF2005，furthermore，it would affect GNSS data processing.So in this work，the differences of the results including station coordinates，baseline length and horizontal velocity field were analyzed.After transformation，the differences of position are at millimeter level，the differences of baseline length are less than 1mm.The differences of horizontal velocity fields decreases with the reduction of studied area.For large regions，the differences are less than 1mm/a and a systematic difference of about 2 degrees in direction.For medium regions，the differences and direction are not significant.

ITRF2000;ITRF2005;GNSS;data processing;difference

1671-5942(2011)06-0109-04

2011-06-02

中國地震局地震行業科研專項(201008007，200908029)

占偉，男，1983年生，工程師，主要從事GNSS數據處理與分析研究工作.E-mail：zw000373@163.com

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