曹炳強(qiáng)，成英燕，許長(zhǎng)輝，王 虎

(中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100830)

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間距分區(qū)法在解算衛(wèi)星連續(xù)運(yùn)行站數(shù)據(jù)中的應(yīng)用

曹炳強(qiáng)，成英燕，許長(zhǎng)輝，王 虎

(中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100830)

介紹了在處理全國(guó)衛(wèi)星連續(xù)運(yùn)行站數(shù)據(jù)時(shí)，基線解算與平差的解算策略與流程，針對(duì)由于解算的CORS站點(diǎn)數(shù)量多、分布密集，存在短基線從而影響解算精度的問(wèn)題，并且顧及GAMIT/GLOBK軟件的處理效率，運(yùn)用間距分區(qū)法首先對(duì)所有測(cè)站進(jìn)行了分區(qū)解算，然后進(jìn)行了聯(lián)合處理。結(jié)果顯示，通過(guò)這種分區(qū)方案得到的測(cè)站坐標(biāo)，N、E方向的精度在1 mm以?xún)?nèi)，U方向的精度在3 mm以?xún)?nèi)，可以滿足高精度的數(shù)據(jù)解算要求，驗(yàn)證了這種方法在解算數(shù)量多、分布密集測(cè)站時(shí)的精度可靠性。

短基線；間距分區(qū)；水平精度；高程精度；可靠性

國(guó)際大地測(cè)量發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)是建立全天候、全球覆蓋、高精度、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)定位的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前世界上較發(fā)達(dá)的國(guó)家都已建立或正在建立連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(CORS)，我國(guó)一大批城市、省區(qū)和行業(yè)正在籌劃建立類(lèi)似的連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)這些測(cè)站的科學(xué)處理與分析，為測(cè)繪基準(zhǔn)建設(shè)、邊界勘測(cè)和高精度坐標(biāo)框架維護(hù)提供了保障和服務(wù)。因而如何得到高精度的CORS站的坐標(biāo)顯得尤為重要。

GAMIT/GLOBK作為高精度的數(shù)據(jù)處理軟件，主要用于分析研究地殼變形、高精度GPS數(shù)據(jù)處理等。一般來(lái)說(shuō)，GAMIT對(duì)于中長(zhǎng)基線的解算精度非常高，而對(duì)于短基線的解算精度比較低[1-3]。由于各省在進(jìn)行CORS站點(diǎn)選址時(shí)，很多測(cè)站之間的距離相對(duì)較近，因此在進(jìn)行基線解算時(shí)，測(cè)區(qū)中包含了短基線與長(zhǎng)基線的情況，而短基線的存在必然會(huì)影響整個(gè)測(cè)區(qū)的基線解算精度[4-5]。本文將首先介紹間距分區(qū)法的基本原理，然后利用此原理編制的分區(qū)軟件對(duì)多省CORS站進(jìn)行分區(qū)和數(shù)據(jù)的聯(lián)合處理，并對(duì)解算結(jié)果及精度作進(jìn)一步的分析，驗(yàn)證間距分區(qū)法的解算精度可靠性。

一、間距分區(qū)法

間距分區(qū)法是針對(duì)區(qū)域密集型CORS站基線解算的新方法，基本原理為：針對(duì)測(cè)站分布較為密集的區(qū)域，根據(jù)各個(gè)測(cè)站之間的距離，將分布密集的測(cè)站抽稀，使距離較近的測(cè)站均勻地分布在不同的測(cè)區(qū)，盡量避免較短基線的存在[6]。間距分區(qū)法的主要目的是為保證分區(qū)點(diǎn)位的大致均勻，具體實(shí)現(xiàn)的基本思路是采用格網(wǎng)分區(qū)的方法進(jìn)行分塊處理，基于中國(guó)大陸的板塊所處的區(qū)域范圍，按照緯度和經(jīng)度進(jìn)行格網(wǎng)劃分(1°大約為111 km)，將中國(guó)區(qū)域劃分成5°×5°的網(wǎng)格區(qū)域[7]。間距分區(qū)法示例,譬如在格網(wǎng)1里面，由于測(cè)站點(diǎn)數(shù)較多，可以再進(jìn)行一次格網(wǎng)區(qū)域劃分，為5°×5°的格網(wǎng)如圖1所示。

圖1

如果再次劃分的小格網(wǎng)區(qū)域中，測(cè)站點(diǎn)數(shù)仍然較多，再進(jìn)行一次格網(wǎng)區(qū)域劃分，為2.5°×2.5°的格網(wǎng)。間距分區(qū)法選點(diǎn)示例如圖2所示。

圖2

在各省市CORS站點(diǎn)的單日數(shù)據(jù)處理階段，由于受到軟件處理測(cè)站數(shù)限制，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)處理。由于GAMIT/GLOBK軟件子網(wǎng)計(jì)算是以天(年積日)為單位，且單日解算點(diǎn)數(shù)限制為65個(gè)點(diǎn)(GAMIT 10.50)，在實(shí)際計(jì)算中點(diǎn)數(shù)超過(guò)55個(gè)，計(jì)算時(shí)間大幅度增加，故在實(shí)際計(jì)算中單日解算點(diǎn)數(shù)原則上限制在55個(gè)以?xún)?nèi)。為此，本方案設(shè)計(jì)采用間距分區(qū)法對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行平行分區(qū)。針對(duì)網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)各省市CORS站點(diǎn)的數(shù)量，按上述間距分區(qū)的方法，逐次對(duì)格網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行再劃分，以便于從格網(wǎng)均勻抽取測(cè)站點(diǎn)，進(jìn)行分批數(shù)據(jù)處理。因此對(duì)1300多個(gè)各省市CORS基準(zhǔn)站通過(guò)已經(jīng)編制的分區(qū)軟件進(jìn)行了分區(qū)，共計(jì)32個(gè)區(qū)。

二、數(shù)據(jù)處理

1. 框架點(diǎn)的選取

全球共有300多個(gè)IGS站，首先要進(jìn)行IGS站的選擇。按照連續(xù)性原則、穩(wěn)定性原則、高精度原則、多種解原則、平衡性原則和精度一致性原則6個(gè)方面對(duì)臺(tái)站進(jìn)行選擇。首先利用站點(diǎn)的時(shí)序等資料按照一定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各臺(tái)站的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析，并對(duì)測(cè)站進(jìn)行初步的篩選；然后使用七參數(shù)法站點(diǎn)進(jìn)行精選，發(fā)現(xiàn)這樣選擇的站點(diǎn)在局部地區(qū)(如歐洲地區(qū))分布任然很密集。因而又對(duì)精選的測(cè)站進(jìn)行了監(jiān)督分類(lèi)，使其在全球的分布符合均勻化原則[8]。選完之后的測(cè)站分布如圖3所示。

圖3 全球IGS站分布

2. GAMIT主要參數(shù)設(shè)置

GAMIT計(jì)算中參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1[9-10]。

3. 平差參數(shù)配置

軟件配置文件中平差參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2。

平差主要目的是獲得各省市CORS基準(zhǔn)站在ITRF2008框架下的坐標(biāo)等信息。在各省市CORS基準(zhǔn)站的平差過(guò)程中，首先利用GLOBK軟件將包含IGS站與陸態(tài)網(wǎng)測(cè)站和各省市CORS基準(zhǔn)站單日松弛解h文件，通過(guò)對(duì)公共站點(diǎn)和衛(wèi)星進(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、各省市CORS基準(zhǔn)站、極移和衛(wèi)星參數(shù)的松弛解及方差-協(xié)方差矩陣的H文件；然后從sopac網(wǎng)站上下載全球的H文件，將全球的H文件進(jìn)行合并，將合并完成之后的H文件再與各省市CORS基準(zhǔn)站的H文件進(jìn)行合并；最后進(jìn)行平差求解得出各省市CORS基準(zhǔn)站在全球框架下的坐標(biāo)。數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。

表1

表2

圖4 數(shù)據(jù)處理流程

三、間距分區(qū)法的應(yīng)用

解算的數(shù)據(jù)為2014年8月全國(guó)25個(gè)省市共計(jì)1300余個(gè)CORS的觀測(cè)數(shù)據(jù)，首先利用間距分區(qū)法將1300多個(gè)測(cè)站分成了32個(gè)區(qū)，每個(gè)分區(qū)的測(cè)站在40個(gè)左右。采用我國(guó)及周邊14個(gè)IGS站和6個(gè)陸態(tài)網(wǎng)測(cè)站作為框架站，利用GAMIT/GLOBK軟件進(jìn)行解算，并對(duì)31 d的數(shù)據(jù)與全球的H文件進(jìn)行了聯(lián)合平差。單時(shí)段解算出的標(biāo)準(zhǔn)化均方根殘差(NRMS)是衡量GAMIT解算結(jié)果質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，一般來(lái)說(shuō)，NRMS值越小，精度值越小，基線估計(jì)精度越高；反之，則精度較低。因而最后通過(guò)其Q文件中的NRMS對(duì)其結(jié)果進(jìn)行衡量比較。NRMS值如圖5所示，圖6為CORS站三維坐標(biāo)方向的精度，圖7為站心坐標(biāo)系下CORS站在N、E、U方向上的精度。

圖5 NRMS值分布

圖6 CORS站X、Y、Z方向坐標(biāo)精度

圖7 CORS站N、E、U方向坐標(biāo)精度

由圖5可得，所有的NRMS值都在0.16～0.18之間，滿足基線解算要求。圖6為分區(qū)解算后，CORS站解算結(jié)果在三維方向上的坐標(biāo)精度都在3 mm之內(nèi)；圖7為站心坐標(biāo)系下，CORS站解算結(jié)果水平精度在1 mm之內(nèi)，高程精度在3 mm之內(nèi)。由此可得，由間距分區(qū)法得到的分區(qū)方案可以得到高精度的CORS數(shù)據(jù)解算結(jié)果。

四、結(jié)束語(yǔ)

由于GAMIT是一套雙差處理軟件，在處理短基線時(shí)由于短基線之間的相關(guān)性很大，因而其對(duì)短基線處理精度會(huì)降低。間距分區(qū)法能夠使測(cè)區(qū)內(nèi)的測(cè)站分布均勻，避免短基線的存在，有效地減弱解算過(guò)程中由于短基線的精度較低而影響整個(gè)測(cè)區(qū)的精度，是一種有效的GAMIT高精度數(shù)據(jù)解算方案。省級(jí)的CORS站分布比較密集，因此使用間距分區(qū)的方案后，可以使每個(gè)分區(qū)內(nèi)的測(cè)站分布更加合理均勻，有效地提高了基線解算的精度。

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Application of Space Partition Method in the CORS Data Processing

CAO Bingqiang，CHENG Yingyan，XU Changhui，WANG Hu

2016-03-02

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFB0501405);國(guó)家自然科學(xué)基金(41374014)；國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪科技項(xiàng)目(2016KJ0205)；國(guó)家公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)(B1503)

曹炳強(qiáng)(1990—)，男，碩士生，主要從事GPS數(shù)據(jù)處理及定軌研究。E-mail： 1182609094@qq.com

曹炳強(qiáng)，成英燕，許長(zhǎng)輝，等.間距分區(qū)法在解算衛(wèi)星連續(xù)運(yùn)行站數(shù)據(jù)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(11)：15-17.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0355.

P228

B

0494-0911(2016)11-0015-03