HRBCORS系統穩定性分析

王建文,蘇貝(哈爾濱市勘察測繪研究院,黑龍江哈爾濱 150010)

HRBCORS系統穩定性分析

王建文?,蘇貝
(哈爾濱市勘察測繪研究院,黑龍江哈爾濱 150010)

摘 要:HRBCORS系統建成于2007年,結合區域似大地水準面精化成果,可提供地面點三維定位服務。為保證系統運行的正確性,需對系統進行穩定性分析。本文結合2014年數據,對系統內部穩定性、外部穩定性和RTK監測點穩定性結果進行分析,以確定系統的穩定性和可靠性。

關鍵詞:哈爾濱市雙星導航服務系統;內部;外部;監測點;穩定性;分析

1 引 言

哈爾濱市雙星導航服務系統(簡稱HRBCORS)于2007年6月建成運行,含哈西(HAXI)、雙城(SHCH)、對青(DUQS)、方臺(FATA)、阿城(ACHE)5個參考站點,有效覆蓋3．15萬km2范圍。系統數據處理中心采用Trimble GPSNet 2．510程序,能快速獲取地面點的三維坐標,結合區域似大地水準面精化的成果,還可以直接算得正常高,已成為覆蓋城市勘測等領域的重要的空間信息基礎設施。

圖1　HRBCORS系統參考站網形圖

系統建成以來,由于受到參考站點外部環境的影響,2008年～2011年間,5個參考站中,除方臺外,其余4個站點均進行了點位遷移,后對系統重新進行了平差計算,確定新的站點坐標,以保證系統的正常運行,如圖1所示。根據《衛星定位城市測量技術規范》(CJJ/ T 73-2010)的規定,應定期對CORS網進行坐標解算,解算周期不應超過一年。基于此,我們每年年底都對系統進行穩定性分析,穩定性分析包括三方面的內容:內部穩定性、外部穩定性(與IGS站聯測計算坐標)以及RTK監測點的坐標穩定性分析。本文依據2014年度數據,對系統穩定性進行分析論述。

2 內部穩定性分析

2．1數據來源

統計的數據來源于Trimble GPSNet軟件Coordinate Monitor文件夾,文件夾內存儲的是基準站坐標文件,包含阿城、方臺、對青、雙城4個站。Coordinate Monitor文件夾下存儲的坐標數據的時間分辨率是15 s,以哈西站作為參考基準來計算的其他4個站的WGS8坐標,因此這里的坐標穩定性評估是系統內部穩定性評估,如圖2所示。

圖2　數據樣例圖

2．2數據處理過程

先把數據文件整合到一起,形成阿城、方臺、對青、雙城4站坐標表,然后按每240行取一個記錄的方法重采樣數據,生成時間分辨率為1 h的4個參考站全年坐標文件,接著按站別減去參考站使用的理論坐標,接著剔除粗差,形成4個參考站全年坐標差文件,最后對坐標差時間序列進行成圖分析,評定系統內部可靠性。

這里剔除粗差的方法是首先求取差值的平均值,然后與該平均值求差,最后所得結果的絕對值大于0．050 m的數據記錄都給刪除掉。

2014年有完整記錄311天,換算成小時為7 464 h。成圖時,橫坐標以該年內的小時數來表示,因此最大值給定為8 000,大于7 464,而縱坐標為坐標差。

2．3數據處理結果

(1)各參考站三維坐標年變化情況

圖3　各參考站三維坐標差年變化圖

從圖3可以看出:各參考站全年大約存在10處坐標差值異常的地方,形成尖峰,且時點基本相同,其他時段,時間序列曲線表現平滑,點位坐標值穩定。

(2)各參考站同一坐標分量年變化情況

按各站坐標分量成時間序列成坐標差變化如圖4所示:

圖4　各參考站X、Y、Z坐標差變化圖

比較4個參考站三坐標分量差變化圖可發現:①各參考站坐標變化趨勢基本一致,表明參考站相對關系是穩定的;②在5 000 h～6 000 h(即8月份)坐標的波動明顯大于其他時間,尖峰也多于其他時間。經分析,8月份坐標變化波動加大的原因與同時期哈西參考站遭到射頻干擾有關。

3 外部穩定性分析

3．1數據處理過程

外部穩定性分析采用與國際參考站聯測來實現,主要用來評估站點的絕對位置變化情況。計算各站坐標時,以長春站和水原站作為起算基準,應用GAMIT/ GLOBK 10．32軟件進行基線解算和網平差,輸出參考站單月解坐標,形成時間序列,接著分析該數值序列,最后評估絕對位置的穩定性。網型設計圖中的哈巴羅夫斯克站無2014年數據,而且在該站附近也未能找到可替代的其他IGS站,所以實際起算點是長春和水原兩站。

長春站代號是“chan”,水原站的代號是“suwn”,它們與系統5個參考站的點位關系如圖5所示:

從數據網站ftp:/ / garner．ucsd．edu/ pub/ products下載得到站點坐標文件IGS11P06．snx,從中摘錄出長春站、水原站的坐標列表如表1所示:

圖5　參考站點位關系圖

基準點坐標表 表1

從表1中可以看出:長春站的X、Y、Z坐標的中誤差都大約為2 mm,首爾站的X、Y、Z坐標的中誤差都大約為10 mm,參考時刻均為2005年1月1日0:00。

在網平差中,上述二個起算點坐標保持不變。經過計算分別得到阿城、方臺、哈西、對青、雙城5站的2014年全年坐標時間序列,其參考框架是ITRF2005,參考歷元是2005．0。

3．2數據處理結果

應用GAMIT/ GLOBK 10．32軟件進行基線解算和網平差,輸出參考站單月解坐標,形成時間序列,如圖6:

圖6　各參考站單月解序列圖

圖6自上而下分別是阿城、方臺、哈西、對青和雙城5個參考站的坐標(自左至右分別為X、Y、Z坐標)時間序列圖。從圖6可以看出,各參考站坐標變化趨勢一致。除哈西參考站8月份的計算結果變化量有異常外,各參考站同一坐標分量變化量也基本一致。利用高斯正算將參考站大地坐標轉換為平面坐標和高程,平面坐標變化不超過1．5 cm,高程不超過3 cm,系統穩定性滿足《衛星定位城市測量技術規范》(CJJ/ T 73-2010)的要求。

3．3哈西站8月異常變化原因分析

需要指出的是哈西站8月份計算結果顯示的趨勢顯著地異于其他4站,特別是在高程方向上,聯系到8月份,哈西站的大地高也出現過類似的變化,因而推測8月該站受到了射頻干擾。這與系統內部穩定性分析中,體現的8月份哈西參考站受到射頻干擾的結果也是一致的。

哈西站大地高數據表 表2

圖7　哈西站大地高變化圖

從表2和圖7可以看出,哈西站8月份大地高為180．155,與其他月份差值相比,明顯加大,這與2012年4月～5月哈西站受到射頻干擾,導致大地高的變化情況很相似,因此推測哈西站2014年8月份受到了射頻干擾,導致數據結算結果表現為高程方向上的位移。

4 監測點穩定性分析

HRBCORS系統的監測點于2013年9月完成天線安裝和設備調試,于同年11月完成數據存儲和分析軟件的編制工作。該監測點位于院辦公樓樓頂,是一個固定的RTK站點,連續不間斷地進行RTK測量,其坐標由服務器軟件的轉發模塊以GGA的格式播發出來,主要用來監測網絡RTK測量的坐標穩定性,并分析其時變規律,確保RTK測量的正確與可靠。

4．1數據處理

監測點的理論坐標由靜態觀測數據計算求出,其動態坐標由網絡RTK測量獲得,這兩者之差可視為該點的RTK測量真誤差,是分析的數據基礎。分析的目的是找到使RTK測量精度變弱的潛在因素,并在實地外業工作中加以規避,以獲得精度盡可能高而且可靠的成果。

編寫的相應軟件的運行界面如圖8所示:

圖8　數據分析軟件運行界面

4．2數值分析

由圖8可以看出,接收到的GGA數據含有經緯度和大地高的點位坐標信息,經過轉換計算后,可得到監測點“south”的實測坐標,按要求設其頻率為每5 s存儲一個數據記錄到數據庫,因此每天要產生17 280條數據記錄。本次分析的數據記錄時間為2014年5月13日～8月20日。在這100天里,有數據記錄的天數為50天,其中有完整數據記錄的天數為35天,與監測點的理論坐標求差后得到時間序列,如圖9所示:

圖9　監測點時間序列樣圖

經統計可得到如下的精度分布表:

精度分布表 表3

可以看到,絕大部分的差值都小于0．05 m,說明監測點的坐標值絕大部分時段都比較穩定。據此,對系統網絡RTK測量穩定性作出總結如下:①坐標變化程度上午普遍要劇烈,而下午比較穩定,因此可認為下午外業工作的測量結果更可靠;②7:00～8:00,點位變化程度達到高峰,外業作業應避開該時段;③11:00～12:00,該點坐標變化比較劇烈,外業作業應有選擇地避開該時段;④16:00～17:00,該點少量天數坐標變化比較劇烈,外業作業可考慮避開該時段。

5 結 語

HRBCORS系統建成8年來,經歷過參考站遷移、射頻干擾等多次變化,我們及時采取措施,保障系統正常運行,并對穩定性進行評定分析。HRBCORS系統作為區域現代大地測繪基準,確保其穩定運行是開展其他測繪工作的前提,系統通過內部穩定性、外部穩定性和RTK監測點穩定性分析,精度符合相關規范要求,能夠穩定地提供三維定位服務。

參考文獻

[1] CJJ/ T 73-2010．衛星定位城市測量技術規范[S]．

[2] 蘇貝．GAMIT/ GLOBK軟件應用實例與數據分析[J]．城市勘測,2015(4):82～85．

[3] 李江衛,肖建華,王厚之等．城市坐標基準維護數據處理與穩定性分析研究[J]．城市勘測,2010(1):45～49．

[4] 李延興,胡新康,趙承坤．GPS監測網數據處理方案研究[J]．測繪學報,1999(1):64～68．

[5] 袁林果,丁曉利,陳武等．香港GPS基準站坐標序列特征分析[J]．地球物理學報,2008(5):1372～1384．

The Stability Analysis of the HRBCORS

Wang Jianwen,Su Bei
(Harbin Institute of Geotechnical Investigation and Surveying,Harbin 150010,China)

Abstract:The HRBCORS was built in 2007,and combined with the regional geoid refining computations,it can truly provide three-dimensional positioning service on the ground．In order to ensure the correctness of the operating system, its stability analysis need be done．Based on the HRBCORS data of 2014,three parts of the analysis are done to determine the system’s stability and reliability,and they are internal stability,external stability and the stability of the RTK monitoring point．

Key words:HRBCORS;internal;external;monitoring point;stability;analysis

文章編號:1672-8262(2015)06-54-05中圖分類號:P228

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—10—12

作者簡介:王建文(1972—),男,高級工程師,注冊測繪師,主要從事工程測量、城市規劃測量工作。