陸態網數據處理與歷元參考框架的實現研究

姚向東，張金峰

（1.甘肅農業大學水利水電工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅煤田地質局綜合普查隊，甘肅 天水 741000）

隨著GNSS技術的進一步發展與連續運行參考站的建設，給大型GNSS網數據處理帶來了很多新的挑戰。主要在數據的預處理、基準選取、處理策略、質量控制等方面。高精度的GNSS數據處理成果為大地測量、地殼運動、全球變化的研究提供基礎數據，也是構建高精度參考框架的基礎。

目前，參考框架按照其維持方式分為長期框架和短期框架，短期框架也稱歷元地球參考框架，是國際地球參考系（International Terrestrial Reference System，ITRS）短期實現，其框架點的坐標包含了非線性運動，幾乎接近站點的真實位置。長期框架主要有國際地球參考框架（International Terrestrial Reference Frame，ITRF）等，是ITRS的長期實現，主要是采用框架點位置和速度來維持的。但是由于未考慮站點的非線性運動等因素造成建模存在偏差，因此采用速度推算的位置隨著時間的推移造成精度的下降，推算的坐標并非站點的真實位置。我國采用的CGCS2000框架是基于ITRF97框架在2000歷元下建立的，屬于靜態框架，與當前的框架如ITRF2014之間存在一定的差異。文章以陸態網數據為例，采用GAMIT軟件對GNSS數據的預處理、數據處理策略、質量控制等方面進行探討；結合陸態網的高精度的數據處理成果，著重討論了歷元參考框架的實現及其結果分析，為GNSS數據處理和框架維持提供一定的參考。

1 數據解算策略

中國地殼運動觀測網絡（crustal movement observation network of china，CMONOC）是一個綜合性、多用途的連續運行基準絡，簡稱陸態網，為我國地震監測和地殼運動研究提供數據，由均勻分布在全國的260多個站組成。數據處理主要包含數據的預處理、站點分區、框架點選取、基線解算參數設置、基線解算質量控制、平差參數設置、平差成果質量控制等。

1.1 站點分區

陸態網單日數據處理階段，由于受到GIMIT軟件處理測站數與處理效率限制，且兼顧精度要求，需對數據進行分區處理。

根據文獻采取“間距分區法”對站點進行分區，將陸太網的數據分為5個區。保證每個分區的站點位置大致均勻分布。

1.2 框架選取

框架站采用我國區域周邊IGS站和陸態網測站，IGS站從98個全球框架點中選取14個站，選取主要考慮到站點在中國周邊分布的均勻化原則。陸態網測站選取是主要考慮站點的觀測數據量、觀測精度、站點穩定性、站點分布的均勻化等原則。

1.3 基線解算參數設置

基線解算主要的參數設置見表1。

表1 基線解算參數設置

1.4 整網平差

陸態網基準站的數據平差步驟為：利用GLOBK軟件將5個分區單日松弛解h文件，以公共站點和衛星為公共參數進行合并，得到一個包含所有IGS測站、陸態網測站、極移和衛星參數的h文件。然后進行整網平差，平差主要的參數設置見表2。

表2 平差主要的參數設置

2 結果分析

單日解算質量可以通過歸化的均方根值來評價，即NRMS。通常認為NRMS為0.25周時，表明解算結果較合理。NRMS過小，表明解算時給予的約束松；NRMS大于0.5，表明解算時可能有整周模糊度固定錯誤或存在其他模型參數解算錯誤等問題。因此，通過分析NRMS可以有效檢測解算結果的準確性。NRMS統計情況如下圖1：值在0.14～0.19之間分布，表明基線解算精度符合要求。

圖1 基線解算nrms精度統計分布

圖2～圖4為平差后的站點坐標在NEU三個方向上的精度統計，在N方向上0～1 mm的區間上統計頻率為100%，在E方向上0～1 mm的區間上統計頻率為99%、1～2 mm的區間上統計頻率為1%，在U方向上0～1 mm的區間上統計頻率為97%、1～2 mm的區間上統計頻率為2%，2～3 mm的區間上統計頻率為1%。

圖2 站點在N方向上的精度統計

圖3 站點在N方向上的精度統計

圖4 站點在N方向上的精度統計

3 基于陸態網的歷元參考框架實現

下面以測站GDSG為例，時間為2015年1月1日至2015年12月31日，1年的數據，來進一步分析歷元參考框架。歷元間隔分別為周、兩周、月，分析測站周解和兩周解、月解在N、E、U方向上的時序圖，測站存在一定的運動趨勢，詳見圖5～圖7。

圖5 GDSG測站周解在NEU方向上的時序圖

圖7 GDSG測站月解在NEU方向上的時序圖

圖6 GDSG測站兩周解在NEU方向上的時序圖

圖5～圖7表明歷元地球參考框架下的框架點能夠更好地監測站點運動，近實時表達站點的真實位置及其變化。這對于研究短時間尺度上的變化無疑是至關重要的，而在長期框架下這些非線性運動被抑制，而在歷元地球參考框架中真實的表現出了測站的運動。歷元參考框架的建立中在一個歷元間隔內測站的位置不發生變化，7天、14天、28天間隔的歷元參考框架都能夠很好地描述站點運動；7天解能夠表達站點更為精細的運動，而到28天解中這些運動將被抑制。

4 結束語

針對大型的GNSS網數據處理及地球參考框架維持面臨的一系列問題，文章以陸態網數據為例，首先介紹了GNSS數據處理的方案，其次對解算成果進行評價；最后以高精度數據處理的結果，實現了歷元地球參考框架，并進行了相關分析。