密集型CORS站的高精度基線解算方案研究

李 兵，成英燕，于 男，3，張德成，李 偉，4

(1.山東科技大學測繪科學與工程學院，山東青島 266590；2.中國測繪科學研究院，北京 100830；

3.遼寧工程技術大學測繪與地理科學學院，遼寧阜新 123000；

4.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅蘭州 730070）

密集型CORS站的高精度基線解算方案研究

李 兵1，2，成英燕2，于 男2，3，張德成1，2，李 偉2，4

(1.山東科技大學測繪科學與工程學院，山東青島 266590；2.中國測繪科學研究院，北京 100830；

3.遼寧工程技術大學測繪與地理科學學院，遼寧阜新 123000；

4.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅蘭州 730070）

一、引 言

在GPS數據處理過程中，基線解算的主要特點是處理時間長、工作量大，是進行網平差的基礎工作。基線解算的精度直接關系到GPS網的定位精度及工作效率。GAMIT/GLOBK作為一套高精度數據處理軟件，它主要應用于分析研究地殼變形、高精度GPS測量數據處理等領域[1]。

眾所周知，GAMIT主要用于長距離、高精度、長時間的GPS定位數據處理。對于中長基線的解算，其基線解算的精度很高，而對于短基線的解算精度則相對較低。由于站點選址的要求，某些測站之間的距離相對較近，利用GAMIT進行常規數據處理的過程中，測區存在著同時包含長基線和短基線的情況，在這種情況下，短基線的精度較低必然會影響整個測區平差結果的精度。由于其采用的模型及數據處理方式等因素的不同，可能造成基線解算結果的系統性差異[2]。

二、影響基線解算精度因素

影響基線解算精度的因素主要有衛星軌道誤差、對流層折射誤差及電離層延遲誤差等，且這些誤差通過雙差改正可以得到有效地削弱[3]。隨著基線長度的增加，其基線解算的方式有所不同。

對于短基線來說，采用廣播星歷即可滿足高精度的坐標解算。對于長基線，衛星軌道誤差是GPS定位的重要誤差源之一，廣播星歷米級的定位精度并不能滿足長基線解算精度的要求，需要選擇精密星歷參與解算[4-5]。因此，在進行基線解算時需根據基線長度選擇合適的星歷文件。

對于對流層折射誤差，在GAMIT解算過程中采用的是隨機過程模擬的方法(Saastemoinen模型）[6]。對于長基線解算，對流層模型改正因子加入的越多，模擬對流層折射對解算結果的影響越精確，反映出折射估值隨時間變化的基本一致性趨勢。但對流層模型改正因子太少會導致對流層折射隨時間變化的特征，尤其是對濕分量部分。而加入的改正因子過多會降低整個解的強度，甚至會導致法方程的病態或秩虧，從而影響解算精度[2，7]。對于短基線的測站，其對流層延遲具有較強的相關性，對流層改正模型的加入會減弱這種相關性，不利于獲得較高的解算精度[7]。

在消除電離層延遲方面，GAMIT解算中，對于較短的基線，電離層延遲的相關性很強，通過站間差分便可消除電離層一階影響，此時也可選擇LC解，但LC解使得觀測噪聲和一些偶然誤差源(如多路徑效應）放大，從而影響解的精度。此時選擇L1、L2獨立解是合適的[8]。對于長基線的解算，這時電離層延遲的相關性很差，選用消除掉電離層影響的LC解無疑是最合適的。在實際數據解算過程中，一般選擇默認的無電離層線性組合(即LC_AUTCLN），對長基線解算有優勢，但處理短基線時精度會降低。

通過對影響基線解算因素的分析，在利用GAMIT進行基線解算時，對于測區內長短基線的解算，選取的模型及采用的處理策略均是一致的。而這些模型策略主要是針對中長基線的，對于短基線的處理精度相對較弱。因此，在數據處理過程中就會存在一個缺點，對于短基線的基線處理精度會降低。

本文針對GAMIT處理短基線精度較低的問題，為提高測站分布密集型測區的基線解算精度，提出了一種新的分區處理方案―――“間距分區法”。

三、間距分區法

間距分區法是針對密集型CORS站基線解算的新方法，定義為：將測站分布較為密集的區域，根據各個測站之間的距離，將分布密集的測站抽稀，使距離較近的測站均勻地分布在不同的測區，盡量避免較短基線的存在，然后利用GAMIT軟件分別對每個測區進行基線解算，最終將各個測區合并聯合平差，以此來提高GAMIT對各測站基線解算的精度。其適用于測區內部測站分布不均勻且相對密集的情況。

間距分區法主要是針對密集型CORS站的基線解算，尤其適用于省級CORS站的解算。由于省級CORS站的建立需要考慮到諸多因素，多數情況下，測站分布都很密集，這就導致在數據處理時受到短基線的影響，基線解算精度會降低。因此，間距分區法的優勢就在于處理測站密集型測區的數據，使其獲得高精度的基線解算結果。

如果處理解算的方案不一致，即使所使用的軟件一致，也會帶來較大的系統誤差。選用間距分區法進行基線解算，既考慮到測站間距的問題，保證各個測站間基線長度較長，又兼顧了測站分布狀況，使得測站分布較為均勻。此時，GAMIT在進行數據處理過程中會選取相同的解算方案，從而避免了較大系統誤差的出現，以此來提高基線解算精度。

四、案例分析

由于GAMIT/GLOBK[6，9]軟件子網計算是以天為單位，且單日解算點數限制為65個點[6]，在實際計算中點數超過55個，計算時間會大幅度增加，故在實際計算中單日解算點數原則上限制在55個以內。

本島光照資源條件一般，且島內土地資源主要圍繞旅游和居住而建設開發，電力工程建設用地較為緊張，不適宜大規模發展傳統集中式光伏。受土地及限高等影響，島內風電機組選址較困難，不適宜大規模發展風電。因此，本文中暫不對發展風、光等可再生能源進行討論。

選取江蘇省CORS站75個(如圖1所示），此數目超出GAMIT/GLOBK軟件單日解算點數的限制，因此，須將這些CORS站分區單獨進行處理。本文采用兩種不同的分區處理方案進行基線解算。

圖1 江蘇省CORS站分布圖

1）間距分區法。根據間距分區法的分區原則將江蘇省CORS站點抽稀，劃分成3個測區(如圖2所示），使得3個測區中CORS站點分布較為均勻，并且測站間的距離相對較為分散，從而避免較短基線對基線解算精度的影響。

圖2 間距分區法劃分的3個分區

2）一般分區方法。根據江蘇省CORS站點分布進行垂直分區，本文選取了分布較為密集的南部區域的CORS站點(如圖3所示）作為試驗區域，其中各個測站之間的距離相對較近，即測站間的基線長度較短。

圖3 一般分區法的一個分區

本文利用GAMIT解算，采用相同的處理策略[10]，根據解算結果，選取了兩種不同分區方案下部分相同的基線，并對這些基線的基線解算精度作了對比(見表1）。

從表1中可以看出，基線BTGC-NJDB的長度為15.4 km，利用間距分區法得到的基線精度為8.10 mm，而采用一般的分區方法得到的基線精度為8.01 mm。GAMIT對于短基線的處理，無論是采用間距分區法還是一般的分區方法，其基線解的精度都很低，基線解算的相對精度達到了10-7量級，這同時也說明了GAMIT在處理短基線時，基線解算的精度相對較低，GAMIT適用于中長基線的解算。

表1 相同基線兩種方案基線精度對比

隨著基線長度的逐漸增加，利用間距分區法解算的基線精度均在3 mm左右浮動，而對于一般的分區方法，其基線精度不穩定。將兩種分區方案進行對比，間距分區法基線解算的精度比采用一般的分區方法的基線解算精度有著顯著的提高，從基線的相對精度來看也能夠明顯地體現出來。

五、間距分區法的應用

根據間距分區法的分區原則，利用GAMIT/ GLOBK分別對安徽省CORS站(如圖4所示）數據進行解算。

將安徽省CORS站分成(a）、(b）兩個區。其解算結果分別列于表2。安徽省CORS站的站點分布密集，諸多測站間的距離很近，選用間距分區法能夠提高整個測區的基線解算精度，從而獲得高精度的解算結果。

由表2可看出，各個測站在ITRF2005框架下3個方向的坐標精度均優于2 mm；站心坐標系下，水平方向的誤差均小于1 mm，高程方向誤差均小于2 mm。

圖4 安徽省CORS站間距分區法分區

表2 安徽省CORS站部分數據處理結果mm

根據安徽省CORS站的解算結果分析，間距分區法對于處理測站分布密集的測區能夠獲得精度較高的解算結果。

六、結束語

間距分區法將距離較近的測站均勻分布在不同的測區，使測站間距均保持在相對較長的水平，避免了在利用GAMIT進行基線解算過程中短基線解算精度較低的情況，可以有效地削弱解算過程中由于短基線的精度較低導致影響整個測區基線解算的精度，在利用GAMIT進行高精度數據解算中提供一種新的處理方案。

由于區域CORS網中，特別是省級CORS站，測站間距相對較為集中，間距分區法可以有效地避免短基線的存在，解決了GAMIT數據處理過程中短基線解算精度較低問題，在區域網基線解算中能夠有效地提高基線解算精度，具有很好的實用性。

[1]黨亞民，秘金鐘，成英燕.全球導航衛星系統原理與應用[M].北京：測繪出版社，2007.

[2]姜衛平，劉經南，葉世榕.GPS形變監測網基線處理中系統誤差的分析[J].武漢大學學報：信息科學版，2001，26(3）：196-199.

[3]劉大杰，施一民，過靜珺.全球定位系統(GPS）的原理與數據處理[M].上海：同濟大學出版社，1999.

[4]王國祥，馮威，陳豪，等.GPS長基線數據處理的軟件實現[J].測繪科學，2012，37(2）：194-196.

[5]丁克良，陳義，王勇，等.快速星歷與精密星歷對基線解算和平差結果的影響[J].鐵道勘察，2005，31(2）：5-7.

[6]Department of Earth，Atmospheric，and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology.GAMIT Reference Manual，Release 10.4[R].USA：MIT，2010.

[7]鄒璇，張勇，王振輝，等.GPS數據高精度基線解算方法分析[J].地理空間信息，2006，4(5）：53-55.

[8]楊建軍.GPS基線解算經驗點滴[J].測繪通報，1997 (1）：18-20.

[9]Department of Earth，Atmospheric，and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology.GLOBK Reference Manual，Release 10.4[R].USA：MIT，2010.

[10]趙建三，楊創，聞德保.利用GAMIT進行高精度GPS基線解算的方法及精度分析[J].測繪通報，2011(8）：5-8.

Study of High Precision Baseline Solution Based on the Intensive CORS Station

LI Bing，CHENG Yingyan，YU Nan，ZHANG Decheng，LI Wei

簡要分析影響基線解算精度的諸多因素，提出一種能夠提高基線解算精度的新方案―――“間距分區法”，該方法是針對密集型CORS站基線解算的新方法。并針對江蘇省CORS站數據分別利用間距分區法及一般的分區方法進行基線處理，對比這兩種分區方法解算的基線精度，驗證了在測站密集的測區，間距分區法相對于一般的分區方法具有較高的基線解算精度。

間距分區法；基線解算；GAMIT；高精度；密集型CORS站

P228.4

B

0494-0911(2014）10-0050-04

2013-08-19

863基準項目(2013AA122501）；CGCS2000高精度非線性基準構建與維持技術(A1317）

李 兵(1990―），男，山東淄博人，碩士生，主要研究方向為GPS數據處理、CGCS2000框架維持。

book=50,ebook=53

李兵，成英燕，于男，等.密集型CORS站的高精度基線解算方案研究[J].測繪通報，2014(10）：50-53.

10.13474/j.cnki.11-2246. 2014.0326