基于相似變換法的CGCS2000骨架網精化

趙慶海　陳永祥,2　朱　璇

1　西安測繪信息技術總站，西安市西影路36號，710054 2　大地測量與地球動力學國家重點實驗室，武漢市徐東大街340號，430077

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基于相似變換法的CGCS2000骨架網精化

趙慶海1陳永祥1,2朱璇1

1西安測繪信息技術總站，西安市西影路36號，710054 2大地測量與地球動力學國家重點實驗室，武漢市徐東大街340號，430077

摘要：利用GAMIT/GLOBK軟件，分別采用相似變換法和強約束法對擴展后的260個CGCS2000骨架網點的GNSS觀測數據進行處理。按照3種方案進行平差獲得站點在ITRF2008框架下的坐標，結果得出，使用強約束法時，起算數據的約束不同會引起定位結果的差異，不恰當的約束會造成精度的降低；相似變換法可以避免不恰當的約束引起的網的變形和扭曲，且可靠性更高，其平均中誤差優于1 mm。

關鍵詞：CGCS2000；骨架網精化；相似變換法；強約束法

中國地殼運動觀測網絡的25個GNSS連續運行參考站(CORS)構成CGCS2000的基本骨架網。2011年后，中國大陸構造環境監測網絡(CMONOC)將連續運行參考站數量擴展到260個，可構成CGCS2000的新骨架網。為引入高精度的基準，在260個骨架網點解算時，通常采用強約束法[1-2]。采用強約束方法時，基準點選擇不適當、基準點坐標精度不太高、約束不當、觀測數據質量不好等因素都會造成網的變形和精度的降低[3-5]。為克服強約束法的不足，部分學者提出一種非基準的方法[6-8]。這種方法保留了局部框架的本質，避免了網的形變及扭曲[5-6]，稱之為相似變換法。本文基于GAMIT/GLOBK 軟件實現260個骨架網點的解算，采用相似變換法和強約束法，按照3種方案進行實驗，探討基準的選擇對高精度GNSS網平差的影響。

1數據收集和質量檢查

260個CORS站的分布見圖1。GNSS觀測數據從2011年積日100到2013年年積日365。

利用TEQC軟件對陸態網絡260個CORS站全部觀測數據進行數據分析、質量檢查。使用數據有效率高于80%、接收機鐘的日頻穩定性不低于10-8、Mp1<0.5、Mp2<0.5四個指標，對260個CORS站觀測質量較差的數據予以剔除。數據剔除統計見表1和圖2。

2數據處理策略

2.1子網劃分

GAMIT/GLOBK軟件計算是以d為單位，在實際計算中同步觀測點數超過60個時，計算時間將大幅度增加。因此數據處理中宜采用分區解算，同時為了使國內CORS站網的h文件與全球h文件有較多的相同觀測站，每個分區應加入6～9個國際IGS站觀測數據。采用按地理區域分區的方法，將260個基準站分為6個子網，每個子網平均46點，并使每個子網與鄰近子網有5～7個重合點。各子網中分別選取加入了中國大陸及周邊的19個IGS站：KIT3、SELE、NOVM、IRKJ、ULAB、YAKT、KHAJ、YSSK、DAEJ、SUWN、TWTF、PIMO、NTUS、CUSV、IISC、KUNM、LHAZ、GUAM、YIBL。各子網劃分如圖3所示。

2.2基線解算

基線解算主要策略如下：

1)采用IGS精密星歷，約束為10-8；

2)觀測值采用無電離層組合LC觀測值；

3)天線相位中心改正采用IGS05絕對模型；

4)采用BERNE太陽光壓模型；

5)采用IGS92地球重力場模型，計算地球對衛星非球形引力效應模型的引力加速度，并顧及日、月引力影響；

6)大氣延遲模型氣壓和溫度采用標準氣壓和標準溫度；

7)大氣改正模型采用Saastemoinen模型及GMF映射函數，每2 h估計1個大氣延遲估計參數；

8)考慮相對論改正、固體潮改正、依賴于頻率的改正、極潮改正和海潮改正，潮汐改正使用IERS2004標準中的相應改正模型；

9)周邊19個IGS站坐標給予5 cm的約束，其他站坐標給予100 m的約束。

2.3全網平差

選擇由IERS確認的47個IGS核心站定義參考框架，這些核心站的坐標和速度來自國際組織的公報。具體做法是將每天的多個單日松弛解和SOPAC產生的全球IGS跟蹤站的3個松弛解(higs1～higs3)按周進行合并，得到1個包含全球分布的IGS站的松弛解GLX(周解)。將多年得到的GLX文件放在一起，再用GLOBK平差處理，得到多年解。采用如下3種方案進行平差計算，以探討基準選擇對網平差結果的影響。

方案A：采用相似變換法，將47個IGS核心站作為框架點，IGS站松約束為水平方向10 m、垂直方向10 m。

方案B：強約束47個IGS核心站水平方向0.01 m，垂直方向0.02 m。

方案C：強約束47個IGS核心站水平方向0.001 m，垂直方向0.002 m。

3數據解算和比較分析

3.1基線解算質量分析

3.1.1單時段解的質量分析

正常化的均方根誤差NRMS是衡量GAMIT解算結果的一個重要指標，一般應小于0.3，否則意味著還有周跳存在，或周跳與附加偏差參數有聯系，或測站坐標誤差太大，或衛星坐標有問題。可采用變換衛星截止高度角、調整基線解設置參數、舍去觀測時間段和剔除含粗差的觀測數據等方法對相關天的基線解進行精化處理。單日解NRMS統計如圖4所示。

3.1.2多時段解的質量分析

基線解的精度統計如表2所示。從表2可以看出，基線的相對精度最弱為7.85×10-7，平均為1.38×10-8。

3.2相似變換法精度統計

按相似變換法的方案A進行平差，在計算中完成了3次迭代，按2σ限差去除POL2、KOKB、WTZR和SANT四個殘差較大的IGS站。平差后點位精度統計如表3所示。

由表3可知，空間直角坐標X分量的中誤差平均值為±0.2 mm，最大值為±1.3 mm；Y分量的中誤差平均值為±0.4 mm，最大值為±3.3 mm；Z分量的中誤差平均值為±0.3 mm，最大值為±2.1 mm。

3.33種方案的比較

為保證3種方案的一致，方案B與C約束時也去除了POL2、KOKB、WTZR和SANT四個IGS站。方案A和方案B平差結果較差見圖5。圖5中，X方向絕對值平均值為1.2 cm，Y方向絕對值平均值為0.3 cm，Z方向絕對值平均值為0.2 cm。兩種方案結果較為接近，精度都較高。

方案A與方案C的平差結果較差見圖6。由圖6可知，方案A和方案C平差結果較差X、Y、Z方向絕對值平均值分別為0.6 cm、6 cm、4 cm，這種差距在高精度定位中是不能接受的。方案C過緊的約束導致精度降低，方案B施加的1～2 cm的約束較方案C更為合理。在強約束平差時，對基準點施加的約束對平差結果影響較大，不能盲目地強約束基準點，應該在對基準點精度足夠了解的情況下使用。

4結語

1)基于相似變換法對260個陸態網絡CORS站數據進行處理，結果的平均中誤差優于1 mm，實現了CGSCS2000骨架網的精化和維持，可作為其他GNSS觀測的新基準。

2)相似變換法能避免不恰當的約束引起的網的變形和扭曲，由于存在檢驗基準點可靠性的步驟，同時參與固定框架的基準站也較多，削弱了個別站出現誤差對整網的影響，因此可靠性更高。

3)恰當的強約束法和相似變換法平差結果具有很好的一致性，但使用強約束法對起算數據的約束不同會造成定位結果的差異，不恰當的約束會使精度降低，建議在對起算數據的精度有一定了解的情況下使用。

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Foundation support:Open Fund of State Key Laboratory of Geodesy and Earth’s Dynamics, No.SKLGED2014-3-6-E;Open Fund of State Key Laboratory of Geographic Information Engineering，No.SKLGIE2015-M-1-2.

About the first author:ZHAO Qinghai, senior engineer, majors in GNSS data processing, E-mail:zqh64@163.com.

The Refining of the Skeleton of CGCS2000 Based on Similarity Transformation Method

ZHAOQinghai1CHENYongxiang1,2ZHUXuan1

1Xi’an Technical Division of Surveying and Mapping, 36 Xiying Road, Xi’an 710054, China 2State Key Laboratory of Geodesy and Earth’s Dynamics, 340 Xudong Street, Wuhan 430077, China

Abstract:In this paper, the similarity transformation method and the strong constraint method are used in processing the extended 260 CGCS2000 skeleton points with the GAMIT/GLOBK software. Coordinates of stations in the ITRF2008 are obtained through adjustment calculation adopting three schemes. The comparison result of the three schemes shows that different constraints on the original data will result in different positioning precision, and that inappropriate constraints may lead to network deformation and distortion with the strong constraint method. The similarity transformation method is more reliable and can avoid the above-mentioned problems. Its average mean square error is less than 1 mm.

Key words:CGCS2000; refining of skeleton; similarity transformation method; strong constraint method

收稿日期：2015-06-17

第一作者簡介：趙慶海，高級工程師，主要從事GNSS數據處理研究，E-mail:zqh64@163.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.06.019

文章編號：1671-5942(2016)06-0552-04

中圖分類號：P207

文獻標識碼：A

項目來源：大地測量與地球動力學重點實驗室開放基金(SKLGED2014-3-6-E)；地理信息工程國家重點實驗室開放基金(SKLGIE2015-M-1-2)。