陳 遠，李海英，葉聰云，彭曉東

（1.廣東省航道測繪中心，廣東 廣州511483；2.廣州計量檢測技術研究院，廣東 廣州510000）

0 引 言

在區(qū)域GPS變形監(jiān)測的應用中，經典的大地測量參考基準，已經難以滿足現(xiàn)代高精度長距離定位、形變監(jiān)測和地球動力學研究的需要。因此，一些國家和國際組織先后建立了不同的現(xiàn)代地心大地坐標參考系統(tǒng)，其中精度最高、使用最廣泛的為國際地球自轉服務（IERS）所建立的國際地球參考框架（ITRF）[1]。自1988年以來，IERS已經發(fā)布了ITRF88、ITRF89、乃至ITRF2005等全球坐標參考框架，目前廣泛應用的為ITRF2005[2]。國際地球參考框架（ITRF）是基于 VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空間技術所建立的現(xiàn)代全球地面參考框架，它提供一個全球統(tǒng)一的、地心的、三維的和動態(tài)的高精度地面坐標參考基準。

由于ITRF框架點的分布密度還不能滿足區(qū)域大地測量的要求，因而利用GPS精密基線解算軟件聯(lián)合周圍的IGS跟蹤站建立區(qū)域性的、與ITRF相一致的三維大地坐標參考基準成為大地測量研究的熱點之一。眾所周知，IGS基準站的選擇和處理在高精度GPS數(shù)據(jù)處理中至關重要，選擇不當或處理不當，對平差結果的影響是系統(tǒng)性的。主要研究了IGS跟蹤站的選取及不同基準點對GPS監(jiān)測網(wǎng)點變形量的影響。

1 影響GPS監(jiān)測網(wǎng)點平差精度的因素分析

在選定IGS基準站與區(qū)域GPS網(wǎng)一起平差時，平差模型及其解為[3]

式中：

其中：A1、A2為設計矩陣；XG，XI分別為GPS和IGS站點坐標向量。由式（4）知，平差后GPS點坐標精度除與觀測精度PΔ及IGS基準站的先驗權有關外，還與系數(shù)陣A1、A2有關，即與所選IGS基準站的位置和數(shù)目有關。

由以上分析可知，影響GPS監(jiān)測網(wǎng)平差的主要因素是觀測精度和基準點的選擇，其中觀測精度又與觀測時間的長短及數(shù)據(jù)處理軟件的完善程度有關。由于IGS跟蹤站密度較稀，往往距離變形區(qū)達數(shù)百公里，此時需要精密基線解算軟件進行處理[4]。由文獻[4]可知，當觀測時間超過4h時，即使基線長度達到500km，使用Bernese軟件解算的基線精度也優(yōu)于1mm.

2 IGS跟蹤站點的變形分析

跟蹤站點選擇的重點放在GPS跟蹤站的時間序列的穩(wěn)定性分析及其精度分析上。如果IGS跟蹤站位于形變區(qū)域或者其速度場精度偏大，必然會在長期數(shù)據(jù)處理的精度及其穩(wěn)定性上顯現(xiàn)出來。給出的變形監(jiān)測區(qū)域位于淮北市附近，距其較近的跟蹤站分別為BJFS、SHAO、WUHN三個站點。此3個站點都位于歐亞板塊，根據(jù)ITRF2005給出的全球各跟蹤站點的速度文件IGS05.VEL可知，這3個點的運動趨勢相同，運動的速度很接近。給出BJFS、SHAO、WUHN三個站點2009年以周為時間間隔的三維坐標變化量，如圖1～3所示。

圖1 BJFS、SHAO、WUHN三個站點X方向的變化量

圖2 BJFS、SHAO、WUHN三個站點Y方向的變化量

圖3 BJFS、SHAO、WUHN三個站點Z方向的變化量

圖1～3可知，BJFS、SHAO、WUHN三個站點的X方向的運動的速度較大，一年內最大的變化量達到33.9mm，但三者同一時間對應變化量基本相同，其互差一般在3mm以內；Y和Z方向的變化量相對較小，一般集中在15mm以內，但是三個站間的互差有時則高達7mm以上，在各期監(jiān)測其基準統(tǒng)一時應予以考慮。

3 實例驗證及分析

實例數(shù)據(jù)來源于皖北礦區(qū)的海孜、青東、楊柳、臨渙、袁店和孫疃六個礦的6個監(jiān)測點的2009年3月6日和2009年7月9日兩次的GPS實測數(shù)據(jù)，觀測時間不小于4h，以及離該礦區(qū)較近的北京、上海、武漢三個IGS跟蹤站的該天的觀測數(shù)據(jù)。如圖4所示，各點間的基線平均長度為30 km，該礦區(qū)距離BJFS、SHAO、WUHN三個跟蹤站的平均距離大約500km.

圖4 淮北礦區(qū)GPS變形監(jiān)測網(wǎng)點示意圖

利用Bernese軟件分別按照如下方案解算各期坐標：1）方案一：每期只約束BJFS、SHAO、WUHN三個站點，將第二期各點坐標用七參數(shù)坐標轉換法統(tǒng)一到第一期框架下，再比較各點的變形量；2）方案二：每期除了約束BJFS、SHAO、WUHN三個站點外，再約束變形區(qū)邊緣的YL01點，利用方案一同樣的方法計算出各監(jiān)測點的變形量。Bernese5.0軟件處理結果表明：各期網(wǎng)點的X、Y、h三個方向的精度均優(yōu)于5mm.不同方案對應的各監(jiān)測點的變形量如表1所示。

表1 不同方案對應的各監(jiān)測點的變形量

由表1可知，兩種不同方案對應的變形量基本一致，最大差值為4mm，平均差值為2mm.圖5、圖6形象地說明了兩種方案的一致性。

圖5 方案一對應的各點變形量

圖6 方案二對應的各點變形量

4 結 論

利用變形區(qū)周圍的IGS跟蹤站作為基準點，能夠解決大范圍變形區(qū)域內基準點難以建立的難題，同時，只有合理地選擇周圍的IGS跟蹤站、足夠的觀測時間及GPS精密基線解算軟件，才能較準確地獲取GPS監(jiān)測網(wǎng)點的變形量。

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[2]李征航，張小紅.衛(wèi)星導航定位新技術及高精度數(shù)據(jù)處理方法[M].武漢：武漢大學出版社，2009.

[3]隋立芬，許其鳳.GPS數(shù)據(jù)處理中基準站的加權及其影響[J].測繪學院學報，2002，19（4）：235－238.

[4]卞和方.礦區(qū)GPS變形監(jiān)測及其預報研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2009.

[5]黃聲享，尹 暉，蔣 征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

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