陸態(tài)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與歷元參考框架的實(shí)現(xiàn)研究

姚向東，張金峰

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊(duì)，甘肅 天水 741000）

隨著GNSS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與連續(xù)運(yùn)行參考站的建設(shè)，給大型GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了很多新的挑戰(zhàn)。主要在數(shù)據(jù)的預(yù)處理、基準(zhǔn)選取、處理策略、質(zhì)量控制等方面。高精度的GNSS數(shù)據(jù)處理成果為大地測(cè)量、地殼運(yùn)動(dòng)、全球變化的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是構(gòu)建高精度參考框架的基礎(chǔ)。

目前，參考框架按照其維持方式分為長(zhǎng)期框架和短期框架，短期框架也稱歷元地球參考框架，是國(guó)際地球參考系（International Terrestrial Reference System，ITRS）短期實(shí)現(xiàn)，其框架點(diǎn)的坐標(biāo)包含了非線性運(yùn)動(dòng)，幾乎接近站點(diǎn)的真實(shí)位置。長(zhǎng)期框架主要有國(guó)際地球參考框架（International Terrestrial Reference Frame，ITRF）等，是ITRS的長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)，主要是采用框架點(diǎn)位置和速度來(lái)維持的。但是由于未考慮站點(diǎn)的非線性運(yùn)動(dòng)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(shí)間的推移造成精度的下降，推算的坐標(biāo)并非站點(diǎn)的真實(shí)位置。我國(guó)采用的CGCS2000框架是基于ITRF97框架在2000歷元下建立的，屬于靜態(tài)框架，與當(dāng)前的框架如ITRF2014之間存在一定的差異。文章以陸態(tài)網(wǎng)數(shù)據(jù)為例，采用GAMIT軟件對(duì)GNSS數(shù)據(jù)的預(yù)處理、數(shù)據(jù)處理策略、質(zhì)量控制等方面進(jìn)行探討；結(jié)合陸態(tài)網(wǎng)的高精度的數(shù)據(jù)處理成果，著重討論了歷元參考框架的實(shí)現(xiàn)及其結(jié)果分析，為GNSS數(shù)據(jù)處理和框架維持提供一定的參考。

1 數(shù)據(jù)解算策略

中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（crustal movement observation network of china，CMONOC）是一個(gè)綜合性、多用途的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)絡(luò)，簡(jiǎn)稱陸態(tài)網(wǎng)，為我國(guó)地震監(jiān)測(cè)和地殼運(yùn)動(dòng)研究提供數(shù)據(jù)，由均勻分布在全國(guó)的260多個(gè)站組成。數(shù)據(jù)處理主要包含數(shù)據(jù)的預(yù)處理、站點(diǎn)分區(qū)、框架點(diǎn)選取、基線解算參數(shù)設(shè)置、基線解算質(zhì)量控制、平差參數(shù)設(shè)置、平差成果質(zhì)量控制等。

1.1 站點(diǎn)分區(qū)

陸態(tài)網(wǎng)單日數(shù)據(jù)處理階段，由于受到GIMIT軟件處理測(cè)站數(shù)與處理效率限制，且兼顧精度要求，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)處理。

根據(jù)文獻(xiàn)采取“間距分區(qū)法”對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)，將陸太網(wǎng)的數(shù)據(jù)分為5個(gè)區(qū)。保證每個(gè)分區(qū)的站點(diǎn)位置大致均勻分布。

1.2 框架選取

框架站采用我國(guó)區(qū)域周邊IGS站和陸態(tài)網(wǎng)測(cè)站，IGS站從98個(gè)全球框架點(diǎn)中選取14個(gè)站，選取主要考慮到站點(diǎn)在中國(guó)周邊分布的均勻化原則。陸態(tài)網(wǎng)測(cè)站選取是主要考慮站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)量、觀測(cè)精度、站點(diǎn)穩(wěn)定性、站點(diǎn)分布的均勻化等原則。

1.3 基線解算參數(shù)設(shè)置

基線解算主要的參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 基線解算參數(shù)設(shè)置

1.4 整網(wǎng)平差

陸態(tài)網(wǎng)基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)平差步驟為：利用GLOBK軟件將5個(gè)分區(qū)單日松弛解h文件，以公共站點(diǎn)和衛(wèi)星為公共參數(shù)進(jìn)行合并，得到一個(gè)包含所有IGS測(cè)站、陸態(tài)網(wǎng)測(cè)站、極移和衛(wèi)星參數(shù)的h文件。然后進(jìn)行整網(wǎng)平差，平差主要的參數(shù)設(shè)置見表2。

表2 平差主要的參數(shù)設(shè)置

2 結(jié)果分析

單日解算質(zhì)量可以通過(guò)歸化的均方根值來(lái)評(píng)價(jià)，即NRMS。通常認(rèn)為NRMS為0.25周時(shí)，表明解算結(jié)果較合理。NRMS過(guò)小，表明解算時(shí)給予的約束松；NRMS大于0.5，表明解算時(shí)可能有整周模糊度固定錯(cuò)誤或存在其他模型參數(shù)解算錯(cuò)誤等問(wèn)題。因此，通過(guò)分析NRMS可以有效檢測(cè)解算結(jié)果的準(zhǔn)確性。NRMS統(tǒng)計(jì)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(tǒng)計(jì)分布

圖2～圖4為平差后的站點(diǎn)坐標(biāo)在NEU三個(gè)方向上的精度統(tǒng)計(jì)，在N方向上0～1 mm的區(qū)間上統(tǒng)計(jì)頻率為100%，在E方向上0～1 mm的區(qū)間上統(tǒng)計(jì)頻率為99%、1～2 mm的區(qū)間上統(tǒng)計(jì)頻率為1%，在U方向上0～1 mm的區(qū)間上統(tǒng)計(jì)頻率為97%、1～2 mm的區(qū)間上統(tǒng)計(jì)頻率為2%，2～3 mm的區(qū)間上統(tǒng)計(jì)頻率為1%。

圖2 站點(diǎn)在N方向上的精度統(tǒng)計(jì)

圖3 站點(diǎn)在N方向上的精度統(tǒng)計(jì)

圖4 站點(diǎn)在N方向上的精度統(tǒng)計(jì)

3 基于陸態(tài)網(wǎng)的歷元參考框架實(shí)現(xiàn)

下面以測(cè)站GDSG為例，時(shí)間為2015年1月1日至2015年12月31日，1年的數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)一步分析歷元參考框架。歷元間隔分別為周、兩周、月，分析測(cè)站周解和兩周解、月解在N、E、U方向上的時(shí)序圖，測(cè)站存在一定的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，詳見圖5～圖7。

圖5 GDSG測(cè)站周解在NEU方向上的時(shí)序圖

圖7 GDSG測(cè)站月解在NEU方向上的時(shí)序圖

圖6 GDSG測(cè)站兩周解在NEU方向上的時(shí)序圖

圖5～圖7表明歷元地球參考框架下的框架點(diǎn)能夠更好地監(jiān)測(cè)站點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，近實(shí)時(shí)表達(dá)站點(diǎn)的真實(shí)位置及其變化。這對(duì)于研究短時(shí)間尺度上的變化無(wú)疑是至關(guān)重要的，而在長(zhǎng)期框架下這些非線性運(yùn)動(dòng)被抑制，而在歷元地球參考框架中真實(shí)的表現(xiàn)出了測(cè)站的運(yùn)動(dòng)。歷元參考框架的建立中在一個(gè)歷元間隔內(nèi)測(cè)站的位置不發(fā)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)；7天解能夠表達(dá)站點(diǎn)更為精細(xì)的運(yùn)動(dòng)，而到28天解中這些運(yùn)動(dòng)將被抑制。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)大型的GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理及地球參考框架維持面臨的一系列問(wèn)題，文章以陸態(tài)網(wǎng)數(shù)據(jù)為例，首先介紹了GNSS數(shù)據(jù)處理的方案，其次對(duì)解算成果進(jìn)行評(píng)價(jià)；最后以高精度數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了歷元地球參考框架，并進(jìn)行了相關(guān)分析。