間距分區(qū)法在解算衛(wèi)星連續(xù)運行站數(shù)據(jù)中的應用

曹炳強，成英燕，許長輝，王 虎

(中國測繪科學研究院，北京 100830)

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間距分區(qū)法在解算衛(wèi)星連續(xù)運行站數(shù)據(jù)中的應用

曹炳強，成英燕，許長輝，王 虎

(中國測繪科學研究院，北京 100830)

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

短基線；間距分區(qū)；水平精度；高程精度；可靠性

國際大地測量發(fā)展的一個特點是建立全天候、全球覆蓋、高精度、動態(tài)、實時定位的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。目前世界上較發(fā)達的國家都已建立或正在建立連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(CORS)，我國一大批城市、省區(qū)和行業(yè)正在籌劃建立類似的連續(xù)運行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過對這些測站的科學處理與分析，為測繪基準建設(shè)、邊界勘測和高精度坐標框架維護提供了保障和服務。因而如何得到高精度的CORS站的坐標顯得尤為重要。

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。一般來說，GAMIT對于中長基線的解算精度非常高，而對于短基線的解算精度比較低[1-3]。由于各省在進行CORS站點選址時，很多測站之間的距離相對較近，因此在進行基線解算時，測區(qū)中包含了短基線與長基線的情況，而短基線的存在必然會影響整個測區(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)軟件對多省CORS站進行分區(qū)和數(shù)據(jù)的聯(lián)合處理，并對解算結(jié)果及精度作進一步的分析，驗證間距分區(qū)法的解算精度可靠性。

一、間距分區(qū)法

間距分區(qū)法是針對區(qū)域密集型CORS站基線解算的新方法，基本原理為：針對測站分布較為密集的區(qū)域，根據(jù)各個測站之間的距離，將分布密集的測站抽稀，使距離較近的測站均勻地分布在不同的測區(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)點位的大致均勻，具體實現(xiàn)的基本思路是采用格網(wǎng)分區(qū)的方法進行分塊處理，基于中國大陸的板塊所處的區(qū)域范圍，按照緯度和經(jīng)度進行格網(wǎng)劃分(1°大約為111 km)，將中國區(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，由于測站點數(shù)較多，可以再進行一次格網(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，測站點數(shù)仍然較多，再進行一次格網(wǎng)區(qū)域劃分，為2.5°×2.5°的格網(wǎng)。間距分區(qū)法選點示例如圖2所示。

圖2

在各省市CORS站點的單日數(shù)據(jù)處理階段，由于受到軟件處理測站數(shù)限制，需對數(shù)據(jù)進行分區(qū)處理。由于GAMIT/GLOBK軟件子網(wǎng)計算是以天(年積日)為單位，且單日解算點數(shù)限制為65個點(GAMIT 10.50)，在實際計算中點數(shù)超過55個，計算時間大幅度增加，故在實際計算中單日解算點數(shù)原則上限制在55個以內(nèi)。為此，本方案設(shè)計采用間距分區(qū)法對站點進行平行分區(qū)。針對網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)各省市CORS站點的數(shù)量，按上述間距分區(qū)的方法，逐次對格網(wǎng)區(qū)域進行再劃分，以便于從格網(wǎng)均勻抽取測站點，進行分批數(shù)據(jù)處理。因此對1300多個各省市CORS基準站通過已經(jīng)編制的分區(qū)軟件進行了分區(qū)，共計32個區(qū)。

二、數(shù)據(jù)處理

1. 框架點的選取

全球共有300多個IGS站，首先要進行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個方面對臺站進行選擇。首先利用站點的時序等資料按照一定標準對各臺站的數(shù)據(jù)質(zhì)量進行分析，并對測站進行初步的篩選；然后使用七參數(shù)法站點進行精選，發(fā)現(xiàn)這樣選擇的站點在局部地區(qū)(如歐洲地區(qū))分布任然很密集。因而又對精選的測站進行了監(jiān)督分類，使其在全球的分布符合均勻化原則[8]。選完之后的測站分布如圖3所示。

圖3 全球IGS站分布

2. GAMIT主要參數(shù)設(shè)置

GAMIT計算中參數(shù)設(shè)置見表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)置見表2。

平差主要目的是獲得各省市CORS基準站在ITRF2008框架下的坐標等信息。在各省市CORS基準站的平差過程中，首先利用GLOBK軟件將包含IGS站與陸態(tài)網(wǎng)測站和各省市CORS基準站單日松弛解h文件，通過對公共站點和衛(wèi)星進行合并，得到一個包含所有IGS測站、陸態(tài)網(wǎng)測站、各省市CORS基準站、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文件進行合并，將合并完成之后的H文件再與各省市CORS基準站的H文件進行合并；最后進行平差求解得出各省市CORS基準站在全球框架下的坐標。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)法的應用

解算的數(shù)據(jù)為2014年8月全國25個省市共計1300余個CORS的觀測數(shù)據(jù)，首先利用間距分區(qū)法將1300多個測站分成了32個區(qū)，每個分區(qū)的測站在40個左右。采用我國及周邊14個IGS站和6個陸態(tài)網(wǎng)測站作為框架站，利用GAMIT/GLOBK軟件進行解算，并對31 d的數(shù)據(jù)與全球的H文件進行了聯(lián)合平差。單時段解算出的標準化均方根殘差(NRMS)是衡量GAMIT解算結(jié)果質(zhì)量的一個重要指標，一般來說，NRMS值越小，精度值越小，基線估計精度越高；反之，則精度較低。因而最后通過其Q文件中的NRMS對其結(jié)果進行衡量比較。NRMS值如圖5所示，圖6為CORS站三維坐標方向的精度，圖7為站心坐標系下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方向坐標精度

圖7 CORS站N、E、U方向坐標精度

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精度都在3 mm之內(nèi)；圖7為站心坐標系下，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

由于GAMIT是一套雙差處理軟件，在處理短基線時由于短基線之間的相關(guān)性很大，因而其對短基線處理精度會降低。間距分區(qū)法能夠使測區(qū)內(nèi)的測站分布均勻，避免短基線的存在，有效地減弱解算過程中由于短基線的精度較低而影響整個測區(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，可以使每個分區(qū)內(nèi)的測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

國家重點研發(fā)計劃(2016YFB0501405);國家自然科學基金(41374014)；國家基礎(chǔ)測繪科技項目(2016KJ0205)；國家公益性行業(yè)專項(B1503)

曹炳強(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，成英燕，許長輝，等.間距分區(qū)法在解算衛(wèi)星連續(xù)運行站數(shù)據(jù)中的應用[J].測繪通報，2016(11)：15-17.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0355.

P228

B

0494-0911(2016)11-0015-03