基于PPP 技術的省級CORS 站點速度場及穩定性研究

林曉靜

（1. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

1 HBCORS概況

HBCORS 系統包含參考站網子系統、數據通信子系統、系統控制中心、數據中心、用戶應用子系統等5 個子系統，系統運行情況穩定，注冊用戶量達到400余家單位，上線用戶達到100個/d左右。其中參考站網子系統包括90個基準站的雙系統觀測網絡，站點均勻覆蓋全省，站平均間距40～50 km。隨著2017 年湖北省北斗地基增強系統的建設完成[1-3]，基準站站點上均已安裝天寶GPS接收機和國產北斗接收機，實現了HBCORS與湖北省北斗地基增強系統雙系統運行的模式，為全省用戶提供GPS及北斗高精度定位服務。

2 數據處理

獲取HBCORS基準站坐標時間序列既可采用雙差定位技術，也可采用非差模式的PPP技術。相比于傳統的雙差定位，PPP 具有數據處理簡便、高效的特點，同時PPP利用GNSS服務IGS，提供的精密星歷和精密鐘差等產品可以提供基于ITRF 框架的坐標值，可以避免雙差解算中由于其他站點觀測數據以及區域性網平差帶來的坐標值影響。因此，本文采用PPP技術解算HBCORS基準站坐標。

2.1 精密單點定位軟件Trip

Trip 軟件是武漢大學開發的PPP 軟件，該軟件可以處理單臺GPS 雙頻接收機的非差偽距與相位觀測值，單點靜態定位的精度達到毫米級到厘米級，單點動態定位的精度達到厘米級到分米級，并且可以直接得到ITRF 框架下的坐標，同時在解算過程中不需要加入已知站點參與解算，不會受到解算距離的限制，可用于運動載體的動態定位以及對流層參數估計等。

2.2 數據收集整理

筆者收集了HBCORS站點2015—2019年近5年來8月份的歷史觀測數據，用Trip軟件進行PPP單天定位解算，統計各站點歷年來坐標值的變化情況。為了獲得高精度的速度場，應盡可能采用觀測時間較長、數據完整性較高的數據。由于其中部分站點遷移或者天線更換及接收機損壞等原因，沒有8月份的觀測數據或者觀測產生中斷不連續的情況，選取90個站點中5 年來每年8月份的連續觀測的65個站點的觀測數據進行解算。

2.3 數據解算

數據解算參數設置如下：①觀測數據為65 個基準站2015—2019 年8 月份采樣率為30 s 的日觀測文件；②采用IGS 提供的事后精密星歷及精密鐘差產品，站點坐標參考框架為ITRF2014；③將接收機鐘差當做參數進行估計；④對流層改正選用薩斯坦莫寧（Saastamoinen）模型；⑤采用IGS 提供的天線文件改正接收機天線L1、L2相位中心偏差；⑥進行地球潮汐改正；⑦觀測衛星截止高度角為5°，觀測數據歷元采樣間隔為30″。

3 站點速度場及穩定性分析

3.1 PPP解算結果精度評定

利用Trip 軟件解算所有測站2015—2019 年8 月份單天觀測數據，剔除定位解算結果中存在的粗差（由于當天觀測數據時長過短或者其他因素引起的定位結果誤差太大），以2015年8月份（31 d）的坐標值取平均值作為該站點2015年8月份的坐標值，評定Trip軟件PPP解算的內符合精度。如圖1所示，選取了ES01（恩施），SY01（十堰），YC01（宜昌），TM01（天門），WH03（江夏），JZ01（荊州）等6個站的解算結果進行分析（因為篇幅限制此處給出了ES01、SY01、YC01 3 個站點的圖），統計各站點的解算中誤差精度，結果表明PPP單天解算結果在平面達到毫米級的精度，高程方向達到1～2 cm 左右到的精度水平，因此可以用此次算例的結果分析湖北CORS 站點的速度場及穩定性。

圖1 HBCORS部分站點PPP單天解內符合精度

3.2 水平速度場分析

為了分析HBCORS 站2015—2019 年站點運動速率，以各站點2015年的坐標成作為測站的坐標值，統計2015—2019年測站的坐標值變化，并計算出站點的運動速度（圖2）。

圖2 HBCORS參考站在ITRF2014框架下的水平速度場

圖2表示了HBCORS 參考站在ITRF2014 框架下的水平速度場（其中紅色箭頭是單位長度，表示每年1 mm的長度，圖3與圖4同理），表1列出了速度值的相應區間以及站點的速度場的中誤差，其中E 方向的平均運動速度為34.3 mm/a，N 方向的平均運動速度為-12.5 mm/a，解算精度均優于1 mm/a；垂直U方向平均運動速度為-0.2 mm/a，解算精度優于1.5 mm/a。由于這里是所有測站取平均值，故高程方向數值較小，實際上高程方向上升或者下降的幅度在2～8 mm。綜合圖3和表1來看，HBCORS參考站整體上向東南方向移動，各個站的運動趨勢基本保持一致，在東西方向存在34.3 mm/a，南北方向上約12.5 mm/a的運動趨勢。

表1 ITRF2014框架下HBCORS 6個參考站的三維速度估值及中誤差統計/（mm/a）

圖3 HBCORS參考站ITRF2014框架下的垂直速度場

3.3 垂直速度場分析

圖3為湖北CORS 參考站在ITRF 框架下的垂直速度場，從圖3 可以看出HBCORS 站絕大多數參考站垂直方向上比較穩定。需要指出的是，通常需要4～6 a甚至更長時間連續觀測的數據才能獲得較為客觀準確的CORS站的垂向速度場。然而，本次收集到的CORS站觀測數據僅為每年8 月份的觀測數據，時間序列的連續性不夠，因此垂直方向上季節性及周期性的運動無法做詳細的研究，所以這里得到的僅是初步結果，需要積累更長時間的觀測數據才能獲得準確的垂向速度場。粗略看出湖北北部有部分地區呈現抬高的趨勢，并且湖北中東部沉降趨勢較為明顯，整體存在2～5 mm/a的沉降。

筆者將本次計算結果與文獻[4]、[5]中關于HBCORS 站的速度場的研究做了對比分析，在水平方向上和垂直方向上的速度場數值接近，驗證了本次實驗計算結果的可靠性與準確性。

3.4 HBCORS站點穩定性分析

前文分析了利用HBCORS站點分析湖北省的水平和垂直速度場，為了探討HBCORS 站點本身的穩定性，需扣除本身所處歐亞板塊的運動速度，故將各站ITRF2014 框架下的速度轉換至歐亞板塊框架下[6]，轉換后得到HBCORS站相對于歐亞大陸的運動速度（圖4），其中測站在為E、N方向平均運動速度分別為7.1 mm/a、-3.7 mm/a，測定精優于1 mm/a。與文獻[7]、[8]給出華南地塊6～11 mm/a 的運動速度基本一致，但由于板塊運動的復雜性，數值上仍存在一定偏差。

圖4 HBCORS站相對于歐亞大陸的運動速度

4 結 語

本文利用湖北省北斗基準站2015—2019年期間每年8 月份的觀測數據，剔除部分缺少8 月份觀測數據和存在粗差的站點，最終選取65個基準站。通過分析近5 年來各站點的坐標時間序列，分析了站點的穩定性，并初步建立了湖北的速度場。結果表明：

1）利用PPP非差模式可以對省級CORS站點的速度場及穩定性進行分析計算，且計算過程簡單易操作，計算精度高，可靠性強，不需要聯合外部IGS基站建立控制網進行整網約束平差，單站即可獨立解算。

2）HBCORS參考站整體上存在東西方向34.3 mm/a，南北方向12.5 mm/a 的運動趨勢，與ITRF 框架下華南地區的水平運動速度具有較好的一致性；在高程方向上整體存在2～5 mm/a的沉降，其中湖北北部呈現略微抬高的趨勢，湖北中東部沉降趨勢較為明顯，整體存在2～5 mm/a的沉降。由于本次收集到的CORS站觀測數據較短，所以這里得到的僅是初步結果，尤其是高程方向的運動本次不具體分析探討，因為更加準確的湖北CORS 速度場需要積累5 年甚至更長的觀測數據才能得到。

3）HBCORS站點穩定性良好，在扣除歐亞大陸板塊運動速度之后，站點的水平運動速度為其中測站在為E、N方向平均運動速度分別為7.1 mm/a、-3.7 mm/a，基準站總體穩定性良好，沒有明顯的運動速度。