王建文,蘇貝(哈爾濱市勘察測(cè)繪研究院,黑龍江哈爾濱 150010)

HRBCORS系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

王建文?,蘇貝
(哈爾濱市勘察測(cè)繪研究院,黑龍江哈爾濱 150010)

摘 要:HRBCORS系統(tǒng)建成于2007年,結(jié)合區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化成果,可提供地面點(diǎn)三維定位服務(wù)。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的正確性,需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。本文結(jié)合2014年數(shù)據(jù),對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性、外部穩(wěn)定性和RTK監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性結(jié)果進(jìn)行分析,以確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞:哈爾濱市雙星導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng);內(nèi)部;外部;監(jiān)測(cè)點(diǎn);穩(wěn)定性;分析

1 引 言

哈爾濱市雙星導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱HRBCORS)于2007年6月建成運(yùn)行,含哈西(HAXI)、雙城(SHCH)、對(duì)青(DUQS)、方臺(tái)(FATA)、阿城(ACHE)5個(gè)參考站點(diǎn),有效覆蓋3．15萬(wàn)km2范圍。系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心采用Trimble GPSNet 2．510程序,能快速獲取地面點(diǎn)的三維坐標(biāo),結(jié)合區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化的成果,還可以直接算得正常高,已成為覆蓋城市勘測(cè)等領(lǐng)域的重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1　HRBCORS系統(tǒng)參考站網(wǎng)形圖

系統(tǒng)建成以來(lái),由于受到參考站點(diǎn)外部環(huán)境的影響,2008年～2011年間,5個(gè)參考站中,除方臺(tái)外,其余4個(gè)站點(diǎn)均進(jìn)行了點(diǎn)位遷移,后對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行了平差計(jì)算,確定新的站點(diǎn)坐標(biāo),以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,如圖1所示。根據(jù)《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》(CJJ/ T 73-2010)的規(guī)定,應(yīng)定期對(duì)CORS網(wǎng)進(jìn)行坐標(biāo)解算,解算周期不應(yīng)超過(guò)一年。基于此,我們每年年底都對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析,穩(wěn)定性分析包括三方面的內(nèi)容:內(nèi)部穩(wěn)定性、外部穩(wěn)定性(與IGS站聯(lián)測(cè)計(jì)算坐標(biāo))以及RTK監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)穩(wěn)定性分析。本文依據(jù)2014年度數(shù)據(jù),對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析論述。

2 內(nèi)部穩(wěn)定性分析

2．1數(shù)據(jù)來(lái)源

統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)源于Trimble GPSNet軟件Coordinate Monitor文件夾,文件夾內(nèi)存儲(chǔ)的是基準(zhǔn)站坐標(biāo)文件,包含阿城、方臺(tái)、對(duì)青、雙城4個(gè)站。Coordinate Monitor文件夾下存儲(chǔ)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率是15 s,以哈西站作為參考基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算的其他4個(gè)站的WGS8坐標(biāo),因此這里的坐標(biāo)穩(wěn)定性評(píng)估是系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性評(píng)估,如圖2所示。

圖2　數(shù)據(jù)樣例圖

2．2數(shù)據(jù)處理過(guò)程

先把數(shù)據(jù)文件整合到一起,形成阿城、方臺(tái)、對(duì)青、雙城4站坐標(biāo)表,然后按每240行取一個(gè)記錄的方法重采樣數(shù)據(jù),生成時(shí)間分辨率為1 h的4個(gè)參考站全年坐標(biāo)文件,接著按站別減去參考站使用的理論坐標(biāo),接著剔除粗差,形成4個(gè)參考站全年坐標(biāo)差文件,最后對(duì)坐標(biāo)差時(shí)間序列進(jìn)行成圖分析,評(píng)定系統(tǒng)內(nèi)部可靠性。

這里剔除粗差的方法是首先求取差值的平均值,然后與該平均值求差,最后所得結(jié)果的絕對(duì)值大于0．050 m的數(shù)據(jù)記錄都給刪除掉。

2014年有完整記錄311天,換算成小時(shí)為7 464 h。成圖時(shí),橫坐標(biāo)以該年內(nèi)的小時(shí)數(shù)來(lái)表示,因此最大值給定為8 000,大于7 464,而縱坐標(biāo)為坐標(biāo)差。

2．3數(shù)據(jù)處理結(jié)果

(1)各參考站三維坐標(biāo)年變化情況

圖3　各參考站三維坐標(biāo)差年變化圖

從圖3可以看出:各參考站全年大約存在10處坐標(biāo)差值異常的地方,形成尖峰,且時(shí)點(diǎn)基本相同,其他時(shí)段,時(shí)間序列曲線表現(xiàn)平滑,點(diǎn)位坐標(biāo)值穩(wěn)定。

(2)各參考站同一坐標(biāo)分量年變化情況

按各站坐標(biāo)分量成時(shí)間序列成坐標(biāo)差變化如圖4所示:

圖4　各參考站X、Y、Z坐標(biāo)差變化圖

比較4個(gè)參考站三坐標(biāo)分量差變化圖可發(fā)現(xiàn):①各參考站坐標(biāo)變化趨勢(shì)基本一致,表明參考站相對(duì)關(guān)系是穩(wěn)定的;②在5 000 h～6 000 h(即8月份)坐標(biāo)的波動(dòng)明顯大于其他時(shí)間,尖峰也多于其他時(shí)間。經(jīng)分析,8月份坐標(biāo)變化波動(dòng)加大的原因與同時(shí)期哈西參考站遭到射頻干擾有關(guān)。

3 外部穩(wěn)定性分析

3．1數(shù)據(jù)處理過(guò)程

外部穩(wěn)定性分析采用與國(guó)際參考站聯(lián)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn),主要用來(lái)評(píng)估站點(diǎn)的絕對(duì)位置變化情況。計(jì)算各站坐標(biāo)時(shí),以長(zhǎng)春站和水原站作為起算基準(zhǔn),應(yīng)用GAMIT/ GLOBK 10．32軟件進(jìn)行基線解算和網(wǎng)平差,輸出參考站單月解坐標(biāo),形成時(shí)間序列,接著分析該數(shù)值序列,最后評(píng)估絕對(duì)位置的穩(wěn)定性。網(wǎng)型設(shè)計(jì)圖中的哈巴羅夫斯克站無(wú)2014年數(shù)據(jù),而且在該站附近也未能找到可替代的其他IGS站,所以實(shí)際起算點(diǎn)是長(zhǎng)春和水原兩站。

長(zhǎng)春站代號(hào)是“chan”,水原站的代號(hào)是“suwn”,它們與系統(tǒng)5個(gè)參考站的點(diǎn)位關(guān)系如圖5所示:

從數(shù)據(jù)網(wǎng)站ftp:/ / garner．ucsd．edu/ pub/ products下載得到站點(diǎn)坐標(biāo)文件IGS11P06．snx,從中摘錄出長(zhǎng)春站、水原站的坐標(biāo)列表如表1所示:

圖5　參考站點(diǎn)位關(guān)系圖

基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)表 表1

從表1中可以看出:長(zhǎng)春站的X、Y、Z坐標(biāo)的中誤差都大約為2 mm,首爾站的X、Y、Z坐標(biāo)的中誤差都大約為10 mm,參考時(shí)刻均為2005年1月1日0:00。

在網(wǎng)平差中,上述二個(gè)起算點(diǎn)坐標(biāo)保持不變。經(jīng)過(guò)計(jì)算分別得到阿城、方臺(tái)、哈西、對(duì)青、雙城5站的2014年全年坐標(biāo)時(shí)間序列,其參考框架是ITRF2005,參考?xì)v元是2005．0。

3．2數(shù)據(jù)處理結(jié)果

應(yīng)用GAMIT/ GLOBK 10．32軟件進(jìn)行基線解算和網(wǎng)平差,輸出參考站單月解坐標(biāo),形成時(shí)間序列,如圖6:

圖6　各參考站單月解序列圖

圖6自上而下分別是阿城、方臺(tái)、哈西、對(duì)青和雙城5個(gè)參考站的坐標(biāo)(自左至右分別為X、Y、Z坐標(biāo))時(shí)間序列圖。從圖6可以看出,各參考站坐標(biāo)變化趨勢(shì)一致。除哈西參考站8月份的計(jì)算結(jié)果變化量有異常外,各參考站同一坐標(biāo)分量變化量也基本一致。利用高斯正算將參考站大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)和高程,平面坐標(biāo)變化不超過(guò)1．5 cm,高程不超過(guò)3 cm,系統(tǒng)穩(wěn)定性滿足《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》(CJJ/ T 73-2010)的要求。

3．3哈西站8月異常變化原因分析

需要指出的是哈西站8月份計(jì)算結(jié)果顯示的趨勢(shì)顯著地異于其他4站,特別是在高程方向上,聯(lián)系到8月份,哈西站的大地高也出現(xiàn)過(guò)類似的變化,因而推測(cè)8月該站受到了射頻干擾。這與系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性分析中,體現(xiàn)的8月份哈西參考站受到射頻干擾的結(jié)果也是一致的。

哈西站大地高數(shù)據(jù)表 表2

圖7　哈西站大地高變化圖

從表2和圖7可以看出,哈西站8月份大地高為180．155,與其他月份差值相比,明顯加大,這與2012年4月～5月哈西站受到射頻干擾,導(dǎo)致大地高的變化情況很相似,因此推測(cè)哈西站2014年8月份受到了射頻干擾,導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)算結(jié)果表現(xiàn)為高程方向上的位移。

4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性分析

HRBCORS系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)于2013年9月完成天線安裝和設(shè)備調(diào)試,于同年11月完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析軟件的編制工作。該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于院辦公樓樓頂,是一個(gè)固定的RTK站點(diǎn),連續(xù)不間斷地進(jìn)行RTK測(cè)量,其坐標(biāo)由服務(wù)器軟件的轉(zhuǎn)發(fā)模塊以GGA的格式播發(fā)出來(lái),主要用來(lái)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量的坐標(biāo)穩(wěn)定性,并分析其時(shí)變規(guī)律,確保RTK測(cè)量的正確與可靠。

4．1數(shù)據(jù)處理

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的理論坐標(biāo)由靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算求出,其動(dòng)態(tài)坐標(biāo)由網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量獲得,這兩者之差可視為該點(diǎn)的RTK測(cè)量真誤差,是分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。分析的目的是找到使RTK測(cè)量精度變?nèi)醯臐撛谝蛩?并在實(shí)地外業(yè)工作中加以規(guī)避,以獲得精度盡可能高而且可靠的成果。

編寫(xiě)的相應(yīng)軟件的運(yùn)行界面如圖8所示:

圖8　數(shù)據(jù)分析軟件運(yùn)行界面

4．2數(shù)值分析

由圖8可以看出,接收到的GGA數(shù)據(jù)含有經(jīng)緯度和大地高的點(diǎn)位坐標(biāo)信息,經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算后,可得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)“south”的實(shí)測(cè)坐標(biāo),按要求設(shè)其頻率為每5 s存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù),因此每天要產(chǎn)生17 280條數(shù)據(jù)記錄。本次分析的數(shù)據(jù)記錄時(shí)間為2014年5月13日～8月20日。在這100天里,有數(shù)據(jù)記錄的天數(shù)為50天,其中有完整數(shù)據(jù)記錄的天數(shù)為35天,與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的理論坐標(biāo)求差后得到時(shí)間序列,如圖9所示:

圖9　監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間序列樣圖

經(jīng)統(tǒng)計(jì)可得到如下的精度分布表:

精度分布表 表3

可以看到,絕大部分的差值都小于0．05 m,說(shuō)明監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值絕大部分時(shí)段都比較穩(wěn)定。據(jù)此,對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量穩(wěn)定性作出總結(jié)如下:①坐標(biāo)變化程度上午普遍要?jiǎng)×?而下午比較穩(wěn)定,因此可認(rèn)為下午外業(yè)工作的測(cè)量結(jié)果更可靠;②7:00～8:00,點(diǎn)位變化程度達(dá)到高峰,外業(yè)作業(yè)應(yīng)避開(kāi)該時(shí)段;③11:00～12:00,該點(diǎn)坐標(biāo)變化比較劇烈,外業(yè)作業(yè)應(yīng)有選擇地避開(kāi)該時(shí)段;④16:00～17:00,該點(diǎn)少量天數(shù)坐標(biāo)變化比較劇烈,外業(yè)作業(yè)可考慮避開(kāi)該時(shí)段。

5 結(jié) 語(yǔ)

HRBCORS系統(tǒng)建成8年來(lái),經(jīng)歷過(guò)參考站遷移、射頻干擾等多次變化,我們及時(shí)采取措施,保障系統(tǒng)正常運(yùn)行,并對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)定分析。HRBCORS系統(tǒng)作為區(qū)域現(xiàn)代大地測(cè)繪基準(zhǔn),確保其穩(wěn)定運(yùn)行是開(kāi)展其他測(cè)繪工作的前提,系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部穩(wěn)定性、外部穩(wěn)定性和RTK監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定性分析,精度符合相關(guān)規(guī)范要求,能夠穩(wěn)定地提供三維定位服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] CJJ/ T 73-2010．衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范[S]．

[2] 蘇貝．GAMIT/ GLOBK軟件應(yīng)用實(shí)例與數(shù)據(jù)分析[J]．城市勘測(cè),2015(4):82～85．

[3] 李江衛(wèi),肖建華,王厚之等．城市坐標(biāo)基準(zhǔn)維護(hù)數(shù)據(jù)處理與穩(wěn)定性分析研究[J]．城市勘測(cè),2010(1):45～49．

[4] 李延興,胡新康,趙承坤．GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方案研究[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào),1999(1):64～68．

[5] 袁林果,丁曉利,陳武等．香港GPS基準(zhǔn)站坐標(biāo)序列特征分析[J]．地球物理學(xué)報(bào),2008(5):1372～1384．

The Stability Analysis of the HRBCORS

Wang Jianwen,Su Bei
(Harbin Institute of Geotechnical Investigation and Surveying,Harbin 150010,China)

Abstract:The HRBCORS was built in 2007,and combined with the regional geoid refining computations,it can truly provide three-dimensional positioning service on the ground．In order to ensure the correctness of the operating system, its stability analysis need be done．Based on the HRBCORS data of 2014,three parts of the analysis are done to determine the system’s stability and reliability,and they are internal stability,external stability and the stability of the RTK monitoring point．

Key words:HRBCORS;internal;external;monitoring point;stability;analysis

文章編號(hào):1672-8262(2015)06-54-05中圖分類號(hào):P228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

收稿日期:?2015—10—12

作者簡(jiǎn)介:王建文(1972—),男,高級(jí)工程師,注冊(cè)測(cè)繪師,主要從事工程測(cè)量、城市規(guī)劃測(cè)量工作。