“陸態網絡”GNSS區域站觀測環境變化對數據質量的影響

白 冰，龔真春，宋 寧，林成壽

（32016部隊,甘肅 蘭州 730020）

中國大陸構造環境監測網絡(簡稱“陸態網絡”：CMONOC)是由260個GNSS連續觀測基準站、2000個非連續觀測的GNSS區域站構成。自2012年3月竣工運行以來，已在保障和服務地震預測、天氣預報、抗震救災、邊界勘測、測繪基準建設及科學研究等多領域得到了廣泛的應用[1]。

在“陸態網絡”GNSS基準站、區域站建站之初，為保證GNSS數據觀測質量，嚴格依據《全球定位系統(GPS)測量規范》(GB/T 18314—2009)和《地殼運動監測技術規程》進行了點位的選址[2]。隨著建站時間的推移和社會經濟的快速發展，相當數量的GNSS站址觀測環境發生了較大變化，如周圍新增建筑物、樹木、農田、通訊基站等，一定程度對觀測數據質量產生了影響。本文結合“陸態網絡”寧夏境內GNSS區域站定期觀測任務之際，針對觀測環境發生了較大變化的區域站進行GNSS觀測數據質量全面檢查與評估，分析數據質量超限的原因，并提出可行的解決辦法。

1 “陸態網絡”GNSS區域站簡介

“陸態網絡”2000個非連續觀測的GNSS區域站較均勻地覆蓋中國大陸，大部分地區的站間距離小于100km，在重要的強構造活動區域、主要地震構造帶和地震重點監視區，進行大幅度的加密，站間距離為30～70km，如圖1所示。主要是實現對中國大陸地殼運動整體格局的高分辨監測、局部區域地殼形變和構造運動的精細監測，確保有效分辨5級以上地震產生的地殼變形，并兼顧國防軍事測繪和國家測繪基準對高密度地面控制網的需求。

GNSS區域站以定期與不定期相結合的方式進行觀測，通常情況下，定期觀測每2年1次[3]。

圖1 “陸態網絡”GNSS區域站（藍色）分布圖

2 GNSS區域站觀測數據質量評價指標

根據《中國地殼運動觀測技術規程》和觀測作業要求，規定“陸態網絡”GNSS區域站觀測數據質量采用TEQC軟件進行檢核，數據質量評價指標有4項：觀測數據有效率(effective)、觀測值和周跳比(o/slps)、L1偽距多路徑效應值MP1和L2偽距多路徑效應MP2值。具體為“有效觀測時段內，高度角在10°以上的有效觀測量應不低于80%，多路徑效應MP1和MP2的均值應小于0.5m，觀測值和周跳比(常采用較為直觀的值，即每千歷元的周跳數來表示，值越小，說明數據質量越好）低于10。”文章以此為標準，作為判斷數據質量的指標限值。有關TEQC軟件的功能及4項質量評價指標的具體內容，這里不再贅述[4，5]。

3 觀測環境變化與數據質量分析、評價

3.1 數據來源

“陸態網絡”寧夏境內39個GNSS區域站定期復測任務所采用觀測儀器為大地型GNSS雙頻接收機和扼徑圈天線，型號為TOPCON NET-G3A、TRIMBLE NetR9，每臺儀器測前、測后的均嚴格進行了儀器檢定。主要觀測參數為：每一測站連續觀測4天，有效觀測時段數≥4，時段長度≥23.5h，采樣率30s、衛星截止高度角≥5°。

3.2 觀測數據質量分析

依據測量規程要求，利用TEQC軟件對“陸態網絡”寧夏境內39個GNSS區域站觀測數據進行檢查，用上述的4項質量指標對觀測數據質量進行分析評價。最終檢查分析結果為：39個區域站的在4個有效觀測時段內，觀測數據有效率全部高于89%，37個區域站達到了95%以上，其中DB05、G007區域站的觀測數據有效率均相對較低，分別為89%、90%；DB05、G007區域站的每個觀測時段的多路徑效應MP1、MP2的值全部大于0.5m，超過指標規定限值，其余37個區域站的MP1、MP2值全部保持在0.5m以內；39個區域站觀測數據的值遠優于10的規定限值。

3.3 超限數據原因分析

DB05、G007區域站連續4天的觀測數據質量統計見表1。

表1 DB05、G007區域站質量統計

從表1可知，DB05、G007區域站在4個有效觀測時段內，MP1和MP2均超過規定限值0.5m。其中，DB05第 4觀測時段、G007第 1觀測時段的MP1和MP2值大于其他時段。為做進一步的深入分析，現以DB05區域站第4時段、G007區域站第1時段內每個觀測歷元的多路徑效應為例來說明。如圖 2、圖 3、圖 4、圖 5所示。

圖2 DB05區域站第4時段多路徑效應MP1圖

圖3 DB05區域站第4時段多路徑效應MP2圖

圖4 G007區域站第1時段多路徑效應MP1圖

圖5 G007區域站第1時段多路徑效應MP2圖

從圖2、圖3、圖4、圖5中可看出，在有效觀測時段內，2個區域站每個觀測歷元數據的MP1和MP2值的總體上大于規定的限值(0.5m)，個別觀測歷元數據的MP1、MP2值出現了大的突變，進而出現該觀測時段的MP1、MP2均值大于0.5m。

限于篇幅，依照實地觀測時所拍攝的點位環境照片，現僅給出這2個區域站的部分環境照片，如圖 6、圖 7、圖 8所示。

圖6 DB05區域站遠景西照片

圖7 G007區域站遠景西照片

圖8 G007區域站遠景北照片

由圖6可知，DB05站址觀測時位于蔬菜大棚內，觀測時無法進行拆除，對衛星信號遮擋嚴重。由圖7、圖8可知，G007站址西側有大型廣告牌，遮擋高度角約為40°；西偏北方向有在建樓層，遮擋高度角在45°以上，均對衛星信號產生了較大遮擋。以上觀測環境發生的較多變化，是導致這2個測站觀測數據質量不合格的根本原因。

4 結論

GNSS觀測數據質量的好壞直接影響到應用和研究成果的可靠性和準確性。DB05、G007區域站觀測數據質量較差，主要是由站址周圍觀測環境發生變化所致，管理維護部門可據此作為維護管理的依據，后續對這2個站址的觀測環境予以解決，如對DB05站址可協調拆除蔬菜大棚；對G007站址周邊環境變化持續跟蹤，視后期觀測數據質量，可考慮保留或搬遷選址重建。