張清華,郭金運(yùn),周長志,姜英明,張海平

(1.山東科技大學(xué) 測繪科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266590; 2.山東省國土測繪院,山東 濟(jì)南 250102)

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SDCORS高精度數(shù)據(jù)處理子網(wǎng)劃分分析

張清華1,郭金運(yùn)1,周長志2,姜英明1,張海平2

(1.山東科技大學(xué) 測繪科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266590; 2.山東省國土測繪院,山東 濟(jì)南 250102)

基于SDCORS站點(diǎn)數(shù)目較多、網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜的特點(diǎn),提出利用GAMIT/GLOBK軟件采用劃分子網(wǎng)的方案對SDCORS站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。將整網(wǎng)的單天解算結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)值,把各方案與整網(wǎng)解算方案的解算結(jié)果進(jìn)行對比,以此來選出更為合理的劃分方案。結(jié)果表明,無論是按照方向 (東中西三部分、南中北三部分、東西兩部分、南北兩部分) 劃分子網(wǎng)還是按照接收機(jī)類型劃分子網(wǎng)的方案,均可提高解算效率,解算精度在mm級。將各方案的基線精度與整網(wǎng)的精度比較,得到的基線相對精度在10-8量級,能夠滿足高精度測量要求,其中,采用南北劃分的方案得到的點(diǎn)位較差均在2.5 mm內(nèi),效果最好。

SDCORS;子網(wǎng)劃分方案;數(shù)據(jù)處理;整網(wǎng)平差;方案對比

0 引 言

近年來,由于連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(CORS)操作方便、實(shí)用性強(qiáng)、定位精度高、覆蓋面廣和野外單機(jī)作業(yè)等眾多優(yōu)點(diǎn),國內(nèi)外越來越多的CORS站已廣泛建立,給大地測量帶來巨大的推進(jìn)力量。例如可以利用CORS參考站建立區(qū)域大地測量控制網(wǎng),以CORS參考站的天線相位中心為基準(zhǔn),建立區(qū)域測量坐標(biāo)框架[1];能夠根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)對區(qū)域內(nèi)TEC解算,進(jìn)行短期預(yù)報研究[2-3];能夠根據(jù)區(qū)域CORS網(wǎng)進(jìn)行對流層延遲改正[4];能夠向用戶發(fā)送 RTK、DGPS 的數(shù)據(jù)信息[5];利用CORS觀測數(shù)據(jù)所反演的可降水汽含量可用于氣象學(xué)上大氣可降水汽含量的研究[6];能夠滿足地球物理監(jiān)測需求、用于長期動態(tài)監(jiān)測,可在研究地殼運(yùn)動、分析地震及預(yù)報地質(zhì)災(zāi)害方面發(fā)揮重要作用[7-8]。

拉丁舞是體育與藝術(shù)的結(jié)合，有體育的競技性，每一個動作都是速度與力度的完美結(jié)合，尤其是對爆發(fā)力和控制力的要求，拉丁舞的動作要求要有張力，恰恰對速度和爆發(fā)力的要求比較高；倫巴對控制力和爆發(fā)力要求較高；牛仔比較歡快，要求很好的彈跳性和速度；桑巴的節(jié)奏較快，對身體的靈活性和動作之間的銜接要求較高；斗牛舞更多的是對動作的張力和舞蹈氣勢上的要求。

GAMIT/BLOBK[9-10]是一種廣泛使用的高精度處理軟件,由美國麻省理工學(xué)院(MIT)與加州大學(xué)圣迭戈分校斯克里普斯海洋研究所(SIO)共同研制,因其功能強(qiáng)大,解算精度高并且開放源代碼等優(yōu)點(diǎn),在國內(nèi)外獲得了廣泛應(yīng)用[11]。隨著CORS站點(diǎn)數(shù)量的增多,求解的未知數(shù)也相應(yīng)增加,數(shù)據(jù)處理便需要更多的內(nèi)存和機(jī)器時間。例如,GAMIT 軟件對單日解算測站數(shù)小于100個,如果在實(shí)際計算中點(diǎn)數(shù)超過 55個,計算時間大幅度增加。針對以上所述的約束條件,對于大規(guī)模的CORS站可采用先子網(wǎng)劃分解算、再綜合處理的方法,進(jìn)而提高解算效率。

SDCORS系統(tǒng),于2007年正式啟動, 2011年正式建成。該系統(tǒng)整合了不同行業(yè)、不同部門在不同時期建立的參考站點(diǎn),其站點(diǎn)數(shù)已經(jīng)超過140個,覆蓋了整個山東省,兼容拓普康、天寶、徠卡等國際GNSS廠商的軟硬件設(shè)備,成為國內(nèi)當(dāng)前運(yùn)行的參考站數(shù)目最多、網(wǎng)絡(luò)最復(fù)雜的系統(tǒng),所以采用常規(guī)的整網(wǎng)解算方案較為困難。若采用劃分子網(wǎng)的方案,一方面方便系統(tǒng)管理,另一方面能夠?qū)?shù)據(jù)計算壓力分擔(dān)到多個服務(wù)器上,能節(jié)省成本的提供更高質(zhì)量的服務(wù)。而采用哪種劃分子網(wǎng)方案能得到和整網(wǎng)解算相當(dāng)?shù)木仁潜疚挠懻摰闹攸c(diǎn)。

本文以SDCORS為例,通過對幾種子網(wǎng)劃分方案的比較,分析各種方案的處理結(jié)果,選出更合理的劃分方案。

方案三:將整網(wǎng)按東西兩部分劃分。如圖3所示,將SDCORS網(wǎng)分為東西兩部分,分別命名為3a子網(wǎng)和3b子網(wǎng),子網(wǎng)之間有5個公共站點(diǎn)。

1 數(shù)據(jù)來源

為確保各站點(diǎn)的解算精度,可利用TEQC軟件對SDCORS站的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測,分析可得各基準(zhǔn)站的站址選擇合理,觀測環(huán)境良好,整體質(zhì)量較好[12]?？紤]到GAMIT解算超過55個站點(diǎn)時會導(dǎo)致計算壓力大和效率低的情況,本文選用2015年第一天正常運(yùn)行的79個CORS基準(zhǔn)站點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)。由于這些測站數(shù)據(jù)主要采用了6種不同的接收機(jī)觀測所得,分別為TPS NETG3、TRIMBLE NETR5、TRIMBLE NETRS、TRIMBLE NETR9、TPS NET-G3A和LEICA GRX1200GGPRO接收機(jī),其數(shù)據(jù)采樣間隔有15 s和30 s不等,獲取數(shù)據(jù)后,為了解算方便,進(jìn)行預(yù)處理將其采樣間隔統(tǒng)一成30 s.

在數(shù)據(jù)處理的過程中,需要引入足夠的同時段的IGS測站的觀測數(shù)據(jù)(ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily)進(jìn)行聯(lián)測以保證CORS站點(diǎn)坐標(biāo)納入到ITRF2008坐標(biāo)參考框架之內(nèi)[13]。根據(jù)CORS基準(zhǔn)站點(diǎn)的大致分布,為建立子網(wǎng)間的聯(lián)系,并考慮到選取的IGS跟蹤站應(yīng)滿足觀測連續(xù)性、穩(wěn)定性和高精度等原則[14-16],選擇山東省周邊的5個IGS跟蹤站進(jìn)行聯(lián)測,分別為BJFS(北京房山)、CHAN(吉林長春)、DAEJ(韓國大田)、SUWN(韓國水原)和WUHN (湖北武漢)。

2 子網(wǎng)劃分方案

在子網(wǎng)的劃分過程中,需要考慮到各方面因素,如測區(qū)范圍的大小、站點(diǎn)的數(shù)量與分布、核心站點(diǎn)的選擇等。在面對一個具體的工程項(xiàng)目時,如在SDCORS中,劃分子網(wǎng)還需要考慮更多方面,如觀測儀器的不同、基線解算時采用不同的星歷、采樣率的不同等,這些都可以作為劃分子網(wǎng)的依據(jù)[17]。并且,從結(jié)構(gòu)上來看,子網(wǎng)之間可能是交叉、相互連接的?；赟DCORS站點(diǎn)數(shù)目多,以及山東省大致的經(jīng)緯度范圍(經(jīng)度:東經(jīng)114°19′～122°43′,緯度:北緯34°22′～38°23′),為研究合適的子網(wǎng)劃分方案,本文采用五種劃分方案,具體如下。

方案五:將整網(wǎng)按接收機(jī)類型劃分。將SDCORS網(wǎng)按接收機(jī)類型劃分,把TPS NETG3、TRIMBLE NETR5、TRIMBLE NETRS、TRIMBLE NETR9、TPS NET-G3A和LEICA GRX1200GGPRO這六種接收機(jī)分別命名為5a子網(wǎng)、5b子網(wǎng)、5c子網(wǎng)、5d子網(wǎng)、5e子網(wǎng)和5f子網(wǎng)。

方案二:將整網(wǎng)按北中南三部分劃分。如圖2所示,將SDCORS網(wǎng)劃分為北、中、南三個部分,分別命名為2a子網(wǎng)、2b子網(wǎng)、2c子網(wǎng)。每個子網(wǎng)相互間有4或5個重復(fù)基準(zhǔn)站。

“互聯(lián)網(wǎng)+”深入發(fā)展為加強(qiáng)醫(yī)院黨的建設(shè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，也為醫(yī)院黨支部提供了新的創(chuàng)新思路，有利地推進(jìn)醫(yī)院黨支部工作的創(chuàng)新，對加強(qiáng)醫(yī)院黨的建設(shè)工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

預(yù)測未來，揚(yáng)州市水環(huán)境生態(tài)安全預(yù)警狀態(tài)雖然能夠得到控制，但隨著社會人口和經(jīng)濟(jì)壓力的增長，自然水環(huán)境條件容易惡化，需要從長遠(yuǎn)角度來進(jìn)行水環(huán)境保護(hù)和水環(huán)境生態(tài)安全維護(hù)。否則，一旦受到外界干擾，脆弱的水環(huán)境系統(tǒng)極易發(fā)生災(zāi)害。

方案四:將整網(wǎng)按南北兩部分劃分。如圖4所示,將SDCORS網(wǎng)分為南北兩部分,分別命名為4a子網(wǎng)和4b子網(wǎng),子網(wǎng)之間有4個公共站點(diǎn)。

本發(fā)明公開了一種化學(xué)鍍銅溶液用安定劑，由下述質(zhì)量份原料組成：三水合亞鐵氰化鉀22 ～ 26 g/L，四水合酒石酸鉀鈉60 ～ 70 g/L，促進(jìn)劑2-硫醇基苯駢噻唑0.38 ～ 0.39 g/L，水1 L?；瘜W(xué)鍍銅溶液用安定劑的制備方法，具體步驟如下：常溫下，向水中加入三水合亞鐵氰化鉀，并攪拌5 ～ 10 min，然后加入四水合酒石酸鉀鈉，攪拌5 ～ 10 min，最后加入2-硫醇基苯駢噻唑，攪拌至完全溶解。本發(fā)明具有能夠提高化學(xué)銅鍍液的穩(wěn)定性，減少和避免銅離子歧化的優(yōu)點(diǎn)。

方案一:將整網(wǎng)按東中西三部分劃分。如圖1所示,在整個山東境內(nèi),選取SDCORS其中包含的79個基準(zhǔn)站,將其劃分為東、中、西三個部分,分別命名為1a子網(wǎng)、1b子網(wǎng)、1c子網(wǎng)。每個子網(wǎng)相互之間有5或6個重復(fù)基準(zhǔn)站,平差的固定點(diǎn)為上述5個IGS站。

短暫等待和延遲滿足不一樣，它給了孩子一個確定的指向，并且時間相對較短。很多時候，我們?nèi)菀椎凸篮⒆拥牡却芰Γ驗(yàn)樗麄兛偸潜憩F(xiàn)出馬上就要反饋的樣子，讓我們覺得孩子都是急性子。其實(shí)，兒童心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，一歲到三歲的孩子，慢慢就具備了短暫等待的能力，比如他們能等到別的小朋友玩過后，再玩同一個玩具。

數(shù)據(jù)解算完成以后,統(tǒng)計各種方案的解算時間,得到整網(wǎng)解算與劃分子網(wǎng)方案解算所需時間如表2所示。比較計算時間可得,采用劃分子網(wǎng)的方案相比整網(wǎng)解算,加速比達(dá)到1.7～1.9之間,相當(dāng)于提高了1.7～1.9倍。

表1 處理策略及解算控制參數(shù)的設(shè)置

3 結(jié)果與分析

方案一～方案五均先利用GAMIT在各子網(wǎng)中解算出基線,然后利用GLOBK整體平差出站點(diǎn)坐標(biāo),最后將整網(wǎng)解算結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)值,把各方案與整網(wǎng)解算結(jié)果進(jìn)行對比分析,以此來選出最佳劃分方案。同時,為避免由于采用的模型和處理方式的不同造成結(jié)果的差異[18-19],本文在使用GAMIT 10.4軟件處理過程中均采用相同的處理策略及解算控制參數(shù)[20],如表1所示。

表2 整網(wǎng)解算與各方案劃分子網(wǎng)解算時間統(tǒng)計(min)

圖10～圖12為整網(wǎng)解算與五種方案中SDCORS基準(zhǔn)站點(diǎn)在各個方向上的中誤差比較。從圖中可以看出,方案一、二、三、四的解算精度波動范圍不大,X方向的坐標(biāo)精度在4 mm以內(nèi)波動,Z方向在4.5 mm內(nèi)波動，Y方向稍大于X、Z方向上的值,坐標(biāo)精度在6 mm以內(nèi)波動,方案四的稍好一些,X、Y、Z方向均在4 mm以內(nèi)波動,精度變化也較為平緩,方案五中雖然有一些站點(diǎn)解算精度高,但是整體說來變化幅度很大,部分點(diǎn)的精度很低。

表3示出各方案中所有基線解算結(jié)果相對整網(wǎng)中各基線的精度對比,從表中可以得出各個方案的基線解算成果的精度均勻合理,基線相對精度的最大差異達(dá)到10-8量級,平均差異在10-10量級,說明各方案的基線解都與整網(wǎng)的基線解差異很小。并且無論采用哪種劃分方案,GAMIT對于GPS定位數(shù)據(jù)處理均具有良好的解算精度。

5.地方建設(shè)與油田生產(chǎn)的沖突。隨著中央加快城鎮(zhèn)化建設(shè)和社會主義新農(nóng)村建設(shè)的步伐，地方城鎮(zhèn)建設(shè)及村鎮(zhèn)道路建設(shè)的步伐明顯提速。地方城鎮(zhèn)化建設(shè)（如道路修建、擴(kuò)建等）不可避免地要涉及油田臨近城區(qū)的井站、管網(wǎng)、油水井等設(shè)施的遷移。個別地方政府部門定下方案就要求油田執(zhí)行，甚至不通氣就進(jìn)行施工作業(yè)，迫使油田改變原定施工井位或遷移井站、改建管網(wǎng)，打亂了油田原油生產(chǎn)布局，影響了原油開發(fā)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，造成比較大的經(jīng)濟(jì)損失。

表3 五種方案的全部基線相對于整網(wǎng)基線解的相對精度比較(×10-8)

圖5～圖9為五種方案得到的站點(diǎn)坐標(biāo)較差,圖中橫坐標(biāo)表示所有的測站,站點(diǎn)按照字母先后順序排序,縱坐標(biāo)表示每個測站的均方根誤差值,單位為mm. 其中,方案四更加接近于整網(wǎng)解算結(jié)果,且精度均勻、穩(wěn)定、具有一致性,X方向上的點(diǎn)位較差在±1.5 mm內(nèi),Z方向上的點(diǎn)位較差在±2 mm內(nèi),Y方向上的較差在±2.5 mm內(nèi),方案一的點(diǎn)位較差在±4 mm內(nèi),其他方案的點(diǎn)位較差也在mm級,但差別較大,在±8 mm內(nèi)。

表4為五種方案相對整網(wǎng)解算得到的站點(diǎn)坐標(biāo)較差的統(tǒng)計值,包括各方向上較差的最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。從該表中可以看出各方案的Y方向上的較差最大,方案四與整網(wǎng)解算的差異最小,平均值和標(biāo)準(zhǔn)差均最小,方案二的平均值的絕對值和標(biāo)準(zhǔn)差都最大。

表4 五種方案X、Y、Z方向上的坐標(biāo)較差統(tǒng)計

在生成的文件中查看標(biāo)準(zhǔn)化均方根殘差(NRMS)值,它是衡量 GAMIT 解算結(jié)果的一個重要指標(biāo),一般說來,根據(jù)國內(nèi)外(GNSS)數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn),其值應(yīng)該小于 0.3,若值太大則說明處理過程中可能存在未完全修復(fù)的周跳,需要檢查原因,重新處理基線[25]。本文算例中每種方案的每個子網(wǎng)的NRMS值均在0.18～0.20之間,基線解算成果的精度均勻合理。

表5為五種方案的各站點(diǎn)在各方向的中誤差統(tǒng)計值,從表中可以看出各方案的各方向上的最大、最小和平均中誤差差距不大,標(biāo)準(zhǔn)差很接近,都在1 mm以內(nèi),相對來說方案四的標(biāo)準(zhǔn)差最小,說明比較穩(wěn)定。

表5 五種方案各個方向上的坐標(biāo)精度統(tǒng)計

4 結(jié)束語

1) 無論使用哪種劃分子網(wǎng)的方案,都能夠提高解算效率。以本文為例,數(shù)據(jù)解算均在8G內(nèi)存的Intel至強(qiáng)3.60 GHz臺式電腦上進(jìn)行。統(tǒng)計結(jié)果表明,采用劃分子網(wǎng)的方式不僅能在時間和內(nèi)存占用率上可以提高1.7～1.9倍的效率,而且解算精度上也與整網(wǎng)解算的精度在一個量級上,滿足數(shù)據(jù)處理要求。所以在工程項(xiàng)目中,當(dāng)軟硬件條件不允許時,可以采用劃分子網(wǎng)的方案,能有效的節(jié)約成本,提高工作效率。

2) 不管哪一種劃分方案,利用GAMIT軟件在對測站進(jìn)行解算時,各方案相對整網(wǎng)中各基線的相對精度的最大差異在10-8量級上,平均差異在10-10量級上,說明各方案得到的基線解的精度與整網(wǎng)解算的精度相當(dāng)。

目前橋吊裝卸集裝箱時橋吊的吊具和集裝箱的對位主要通過人工來判斷和操作，集卡司機(jī)只能憑人工經(jīng)驗(yàn)?？考?，經(jīng)常出現(xiàn)集卡和橋吊吊具之間裝卸誤差值較大，集卡司機(jī)不得不反復(fù)停靠集卡直到橋吊吊具能夠進(jìn)行裝卸箱為止。這樣依靠人工來判斷的作業(yè)工藝存在作業(yè)精度不夠高的弊端，同時集卡車輛的前后調(diào)整也浪費(fèi)了時間，降低了集卡和橋吊的工作效率。此外，橋吊司機(jī)長期的“低頭”作業(yè)，也給司機(jī)造成了職業(yè)安全危害。

3) 當(dāng)基準(zhǔn)站數(shù)目過多,可采用子網(wǎng)劃分的方案,本文相對于整網(wǎng)解算,提出了五種劃分子網(wǎng)的方案,解算精度都能達(dá)到mm級。對于坐標(biāo)較差方面,采用南北劃分的方案與整網(wǎng)解算結(jié)果更加接近,且精度均勻、穩(wěn)定、具有一致性,點(diǎn)位較差在2.5 mm內(nèi)。對于坐標(biāo)精度方面,前四種劃分子網(wǎng)的方案精度變化較為平緩,差不多是在同一波動范圍內(nèi),Y方向的稍大于X、Z方向上的值,而采用按照接收機(jī)類型劃分子網(wǎng)的方案雖然有一些站點(diǎn)解算精度很高,但是整體說來變化幅度很大,部分點(diǎn)的精度很低,綜上所述,SDCORS采用南北劃分子網(wǎng)的方案解算精度會更高。

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Sub-network Division Analysis in the High-accuracy Data Processing of SDCORS

ZHANG Qinghua1,GUO Jinyun1,ZHOU Changzhi2,JIANG Yingming1, ZHANG Haiping2

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China;2.ShandongProvincialInstituteofLandSurveyingandMapping,Jinan250102,China)

Based on the characteristics of SDCORS’s large quantity and complex network, five sub-network division schemes are proposed to process observation data of SDCORS using the GAMIT/GLOBK. The one-day result of the whole network solution scheme is served as a standard, and five sub-network division schemes are compared with the whole network solution scheme to choose the better one. Whether the scheme is in accordance with the direction (east-middle-west three sub-networks, south-middle-north three sub-networks, east-west two sub-networks, south-north two sub-networks) or according to the type of receiver to divide sub-network,the results showed that every scheme can improve efficiency and reach the level of mm accuracy. What’s more, comparing the baseline accuracy of each division scheme with the whole network solution scheme, the relative accuracy of the baseline may achieve10-8level, which can meet the requirement of high-precision measurement. The point difference was within 2.5mmwith the south-north sub-network division scheme, achieving the highest accuracy.

SDCORS; sub-network division scheme; data processing; network solution adjustment; scheme comparison

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.017

2016-06-30

國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號：41374009); 山東省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號：ZR2013DM009); 公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(編號：201412001); 國家科技基礎(chǔ)性工作(編號：2015FY310200)

P228.4

A

1008-9268(2017)01-0082-08

張清華 (1994-),女,碩士生,主要從事空間大地測量等研究。

周長志 (1971-),男,工程師,主要從事大地測量方面的工作。

姜英明 (1991-),男,碩士生,主要從事空間大地測量等研究。

張海平 (1977-),男,主要從事CORS管理工作。

聯(lián)系人： 張清華 E-mail: zhangqinghua923@163.com