基于CORS單基站的實時降水預報研究

司海燕+劉妍+曹先革+楊金玲

摘 要 隨著GPS技術的發展，CORS單基站逐漸應用于測量領域，在空間測繪數據信息采集和信息處理過程中起著不可取代的重要作用，本文基于CORS單基站的視角對大氣降水相關的形成和實時預報進行了進行分析研究，希望對CORS單基站測量有更深的了解，有助于CORS相關技術應用于更多領域。

關鍵詞 CORS單基站；實時降水；測量；分析

中圖分類號 P4 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0003-02

1 CORS單基站概念及特點

1.1 CORS單基站概念

CORS單基站就是只有一個連續運行站。類似于一加一的RTK，只不過基準站由一個連續運行的基準站代替，基站同時又是一個服務器，通過軟件實時查看衛星狀態、存儲靜態數據、實時向Internet發送差分信息以及監控移動站作業情況。移動站通過GPRS、CDMA網絡通訊方式與基站服務器進行通訊。

1.2 單基站的特點

1.2.1 投入較少

隨著南方單/多基站技術的成熟，只要較少的投資即可在一個中小城市建立一個或多個CORS基站，滿足當地測量用戶不同層次空間信息技術服務的需要：基站所在城區及近郊區、城市進出口主要交通沿線，以及以基站為中心30km范圍內區縣城鎮城鄉地區實現快速厘米級實時定位及事后差分。

1.2.2 隨時可以升級和擴展

單基站系統可以隨時增加新的基站，加大實時RTK作業的覆蓋區域，一旦建立網絡CORS系統的條件成熟，只要進行系統軟件的升級，花費不大的投資，單基站CORS或多基站CORS系統即可輕松地升級成網絡CORS系統。

1.2.3 數據可靠、穩定、安全

基站連續觀測，靜態數據全天候采集，點位精度高，數據穩定；用戶登錄采取授權方式，數據中心可以管理登錄用戶，數據安全性高。

1.2.4 作業范圍廣

目前基于南方單基站的RTK作業半徑已經擴大到40km，能夠實現快速厘米級實時定位及事后差分，利用GPRS/CDMA進行50km左右RTK測試成功案例也已經屢見不鮮。

1.2.5 施工周期短

單參考站技術經過實踐表明它是一種比較成熟的技術，從方案落實開始采購設備，安裝調試，到驗收運行整個周期1個月以內。

2 降水的形成和預報

2.1 降水的形成

降水的形成過程，就是云滴增大成為雨滴、雪花或冰雹的過程。從地球表面蒸發上升的水汽，借助大氣環流的輸送而擴散到全球各地，成為大氣中的水汽來源。空氣容納水汽量的多少，隨氣溫高低而變化；氣溫越高，空氣中容納的水汽量就越多；反之越少。在一定溫度下，當空氣不能再容納更多水汽時，就成為飽和空氣。在自然界中，空氣上升而冷卻，促使空氣達到過飽和，是大氣中水汽凝結的主要方式。不過，大氣中水汽凝結，還必須有吸濕性強的微粒作為凝結核，才能使水汽在凝結核表面凝結，成云致霧。降水時，天空中必定有云，但有云時卻未必降水。這是因為云中的云滴、冰晶的體積太小，不能克服空氣的阻力和上升氣流的頂托而懸浮在空中。只有當云繼續上升冷卻，或者有水汽不斷輸送到云中，使云滴不斷增大，以致上升氣流頂托不住時，才會從云中降落下來，形成雨、雪、雹等降水。

2.2 降水預報與實時降水

降水預報就是應用大氣變化的規律，根據當前及近期的降水形勢，對某一地未來一定時期內的降水狀況進行預測。它是根據數據信息對衛星云圖和降水圖的分析，結合有關氣象資料、地形和季節特點、群眾經驗等綜合研究后作出的。實時降水就是對某一地區短時間可以選擇選擇時間（每日，一天兩次，四次，每天，每小時）動態顯示降水情況并對根據降水數據變化規律進行降水的及時預報。

3 CORS單基站GPS數據的獲取與處理

3.1 IGS站的選擇及數據獲取

IGS是 International Gnss Service的簡稱，是分布在全球的200多個左右的永久性GPS跟蹤站和多個數據中心組成的服務機構，提供所有GPS衛星的高精度軌道參數、地球自轉參數、跟蹤站的坐標及運動速率等參數，以及這些跟蹤站每天的RINEX 格式觀測數據文件，這些全球分布的永久性GPS跟蹤站就稱為IGS站。通過對大量文獻的研究，發現對于100km內的小區域GPS網，使用GAMIT軟件處理GPS觀測數據，最好選取IGS站為區域網提供參考框架；同時對小區域的GPS形變監測網選取4～7個IGS站就比較合適，解算結果的精度可以達到毫米級要求，IGS站并不是數量上一定要多，但空間分布要盡量均勻，測站的近似坐標盡量準確。

3.2 CORS數據的預處理

首先了解觀測地區的CORS系統的運營基本狀況，系統中包含多少個參考站和多少個數據中心，還要具體了解參考站的具體位置和數據采集狀況，了解地區的網絡覆蓋情況。然后講這些數據進行匯總處理。

然后，要對CORS數據進行格式轉換，將Trimble的原始數據T01格式利用轉換軟件轉換成dat格式數據，然后由dat數據轉換成rinex格式，年積日261～290天共30天的數據共150個o文件。由于初始轉換后的rinex格式文件頭不標準，主要表現在o文件的表頭中，天線類型和天線名稱不規范，由于文件很多，就需要利用TEQC軟件進行修改，修改為GAMIT軟件station.info表中所列的天線類型，并利用TEQC軟件進行了全面檢查。

3.3 數據計算

以上數據準備充分后，正確地對軟件的運行參數進行詳細、正確的設置，準確無誤的操作然后進行基線的解算、PWV提取計算等操作，才能順利使用GAMIT軟件得到想要的結果，并能使計算的結果滿足精度要求。

3.4 數據輸出與展示

氣象數據和IGS數據的獲取方法及預處理，并根據理論公式分別對探空資料、地面氣象資料、CORS數據計算了大氣水汽含量，根據探空資料計算了該地區的加權平均溫度得到公式，并替換了GAMIT軟件中默認

公式。

模型計算的原始輸出一般要經過加工處理后才能成為天氣預報。這些處理包括使用統計學的原理來消除已知的模型中的偏差，或者參考其他模型計算結果進行調整。

綜上所述，CORS單基站通過GPS實施對大氣降水的實時監控和預報，已經成為有效地補充了常規大氣水汽的探測方法的重要方式，在分析水汽和降水、氣象研究方面有著重大意義。

參考文獻

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