基于CORS單基站的實(shí)時(shí)降水預(yù)報(bào)研究

司海燕+劉妍+曹先革+楊金玲

摘 要 隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，CORS單基站逐漸應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域，在空間測(cè)繪數(shù)據(jù)信息采集和信息處理過(guò)程中起著不可取代的重要作用，本文基于CORS單基站的視角對(duì)大氣降水相關(guān)的形成和實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)進(jìn)行了進(jìn)行分析研究，希望對(duì)CORS單基站測(cè)量有更深的了解，有助于CORS相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于更多領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 CORS單基站；實(shí)時(shí)降水；測(cè)量；分析

中圖分類號(hào) P4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）12-0003-02

1 CORS單基站概念及特點(diǎn)

1.1 CORS單基站概念

CORS單基站就是只有一個(gè)連續(xù)運(yùn)行站。類似于一加一的RTK，只不過(guò)基準(zhǔn)站由一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站代替，基站同時(shí)又是一個(gè)服務(wù)器，通過(guò)軟件實(shí)時(shí)查看衛(wèi)星狀態(tài)、存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)向Internet發(fā)送差分信息以及監(jiān)控移動(dòng)站作業(yè)情況。移動(dòng)站通過(guò)GPRS、CDMA網(wǎng)絡(luò)通訊方式與基站服務(wù)器進(jìn)行通訊。

1.2 單基站的特點(diǎn)

1.2.1 投入較少

隨著南方單/多基站技術(shù)的成熟，只要較少的投資即可在一個(gè)中小城市建立一個(gè)或多個(gè)CORS基站，滿足當(dāng)?shù)販y(cè)量用戶不同層次空間信息技術(shù)服務(wù)的需要：基站所在城區(qū)及近郊區(qū)、城市進(jìn)出口主要交通沿線，以及以基站為中心30km范圍內(nèi)區(qū)縣城鎮(zhèn)城鄉(xiāng)地區(qū)實(shí)現(xiàn)快速厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位及事后差分。

1.2.2 隨時(shí)可以升級(jí)和擴(kuò)展

單基站系統(tǒng)可以隨時(shí)增加新的基站，加大實(shí)時(shí)RTK作業(yè)的覆蓋區(qū)域，一旦建立網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)的條件成熟，只要進(jìn)行系統(tǒng)軟件的升級(jí)，花費(fèi)不大的投資，單基站CORS或多基站CORS系統(tǒng)即可輕松地升級(jí)成網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)。

1.2.3 數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定、安全

基站連續(xù)觀測(cè)，靜態(tài)數(shù)據(jù)全天候采集，點(diǎn)位精度高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定；用戶登錄采取授權(quán)方式，數(shù)據(jù)中心可以管理登錄用戶，數(shù)據(jù)安全性高。

1.2.4 作業(yè)范圍廣

目前基于南方單基站的RTK作業(yè)半徑已經(jīng)擴(kuò)大到40km，能夠?qū)崿F(xiàn)快速厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位及事后差分，利用GPRS/CDMA進(jìn)行50km左右RTK測(cè)試成功案例也已經(jīng)屢見不鮮。

1.2.5 施工周期短

單參考站技術(shù)經(jīng)過(guò)實(shí)踐表明它是一種比較成熟的技術(shù)，從方案落實(shí)開始采購(gòu)設(shè)備，安裝調(diào)試，到驗(yàn)收運(yùn)行整個(gè)周期1個(gè)月以內(nèi)。

2 降水的形成和預(yù)報(bào)

2.1 降水的形成

降水的形成過(guò)程，就是云滴增大成為雨滴、雪花或冰雹的過(guò)程。從地球表面蒸發(fā)上升的水汽，借助大氣環(huán)流的輸送而擴(kuò)散到全球各地，成為大氣中的水汽來(lái)源?？諝馊菁{水汽量的多少，隨氣溫高低而變化；氣溫越高，空氣中容納的水汽量就越多；反之越少。在一定溫度下，當(dāng)空氣不能再容納更多水汽時(shí)，就成為飽和空氣。在自然界中，空氣上升而冷卻，促使空氣達(dá)到過(guò)飽和，是大氣中水汽凝結(jié)的主要方式。不過(guò)，大氣中水汽凝結(jié)，還必須有吸濕性強(qiáng)的微粒作為凝結(jié)核，才能使水汽在凝結(jié)核表面凝結(jié)，成云致霧。降水時(shí)，天空中必定有云，但有云時(shí)卻未必降水。這是因?yàn)樵浦械脑频?、冰晶的體積太小，不能克服空氣的阻力和上升氣流的頂托而懸浮在空中。只有當(dāng)云繼續(xù)上升冷卻，或者有水汽不斷輸送到云中，使云滴不斷增大，以致上升氣流頂托不住時(shí)，才會(huì)從云中降落下來(lái)，形成雨、雪、雹等降水。

2.2 降水預(yù)報(bào)與實(shí)時(shí)降水

降水預(yù)報(bào)就是應(yīng)用大氣變化的規(guī)律，根據(jù)當(dāng)前及近期的降水形勢(shì)，對(duì)某一地未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的降水狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。它是根據(jù)數(shù)據(jù)信息對(duì)衛(wèi)星云圖和降水圖的分析，結(jié)合有關(guān)氣象資料、地形和季節(jié)特點(diǎn)、群眾經(jīng)驗(yàn)等綜合研究后作出的。實(shí)時(shí)降水就是對(duì)某一地區(qū)短時(shí)間可以選擇選擇時(shí)間（每日，一天兩次，四次，每天，每小時(shí)）動(dòng)態(tài)顯示降水情況并對(duì)根據(jù)降水?dāng)?shù)據(jù)變化規(guī)律進(jìn)行降水的及時(shí)預(yù)報(bào)。

3 CORS單基站GPS數(shù)據(jù)的獲取與處理

3.1 IGS站的選擇及數(shù)據(jù)獲取

IGS是 International Gnss Service的簡(jiǎn)稱，是分布在全球的200多個(gè)左右的永久性GPS跟蹤站和多個(gè)數(shù)據(jù)中心組成的服務(wù)機(jī)構(gòu)，提供所有GPS衛(wèi)星的高精度軌道參數(shù)、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、跟蹤站的坐標(biāo)及運(yùn)動(dòng)速率等參數(shù)，以及這些跟蹤站每天的RINEX 格式觀測(cè)數(shù)據(jù)文件，這些全球分布的永久性GPS跟蹤站就稱為IGS站。通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)的研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于100km內(nèi)的小區(qū)域GPS網(wǎng)，使用GAMIT軟件處理GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，最好選取IGS站為區(qū)域網(wǎng)提供參考框架；同時(shí)對(duì)小區(qū)域的GPS形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)選取4～7個(gè)IGS站就比較合適，解算結(jié)果的精度可以達(dá)到毫米級(jí)要求，IGS站并不是數(shù)量上一定要多，但空間分布要盡量均勻，測(cè)站的近似坐標(biāo)盡量準(zhǔn)確。

3.2 CORS數(shù)據(jù)的預(yù)處理

首先了解觀測(cè)地區(qū)的CORS系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)基本狀況，系統(tǒng)中包含多少個(gè)參考站和多少個(gè)數(shù)據(jù)中心，還要具體了解參考站的具體位置和數(shù)據(jù)采集狀況，了解地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況。然后講這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總處理。

然后，要對(duì)CORS數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，將Trimble的原始數(shù)據(jù)T01格式利用轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換成dat格式數(shù)據(jù)，然后由dat數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成rinex格式，年積日261～290天共30天的數(shù)據(jù)共150個(gè)o文件。由于初始轉(zhuǎn)換后的rinex格式文件頭不標(biāo)準(zhǔn)，主要表現(xiàn)在o文件的表頭中，天線類型和天線名稱不規(guī)范，由于文件很多，就需要利用TEQC軟件進(jìn)行修改，修改為GAMIT軟件station.info表中所列的天線類型，并利用TEQC軟件進(jìn)行了全面檢查。

3.3 數(shù)據(jù)計(jì)算

以上數(shù)據(jù)準(zhǔn)備充分后，正確地對(duì)軟件的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)、正確的設(shè)置，準(zhǔn)確無(wú)誤的操作然后進(jìn)行基線的解算、PWV提取計(jì)算等操作，才能順利使用GAMIT軟件得到想要的結(jié)果，并能使計(jì)算的結(jié)果滿足精度要求。

3.4 數(shù)據(jù)輸出與展示

氣象數(shù)據(jù)和IGS數(shù)據(jù)的獲取方法及預(yù)處理，并根據(jù)理論公式分別對(duì)探空資料、地面氣象資料、CORS數(shù)據(jù)計(jì)算了大氣水汽含量，根據(jù)探空資料計(jì)算了該地區(qū)的加權(quán)平均溫度得到公式，并替換了GAMIT軟件中默認(rèn)

公式。

模型計(jì)算的原始輸出一般要經(jīng)過(guò)加工處理后才能成為天氣預(yù)報(bào)。這些處理包括使用統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理來(lái)消除已知的模型中的偏差，或者參考其他模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

綜上所述，CORS單基站通過(guò)GPS實(shí)施對(duì)大氣降水的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)報(bào)，已經(jīng)成為有效地補(bǔ)充了常規(guī)大氣水汽的探測(cè)方法的重要方式，在分析水汽和降水、氣象研究方面有著重大意義。

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