ITRF2000与ITRF2005的差异对GNSS数据处理的影响*

占 伟 杨 博 武艳强 刘志广 孟宪纲

(1)中国地震局第一监测中心，天津 300180 2)中国地震局地震预测研究所，北京100036)

ITRF2000与ITRF2005的差异对GNSS数据处理的影响*

占 伟1)杨 博1)武艳强2)刘志广1)孟宪纲1)

(1)中国地震局第一监测中心，天津 300180 2)中国地震局地震预测研究所，北京100036)

分析ITRF2000和ITRF2005下得到的测站坐标、基线长度、水平速度场的差异。结果表明：经过坐标转换后，测站坐标差异为毫米级，基线差异在1 mm以内;ITRF2000和ITRF2005下水平速度场的差异随研究范围的缩小而减小，大尺度区域的水平速度场差值在1 mm/a以内，方向上存在2°左右的系统差，而对于中等尺度区域，该差异在数值和方向上均不显著。

ITRF2000;ITRF2005;GNSS;数据处理;差异

1 引言

参考框架是GNSS数据处理的基础，较好的坐标框架就全球而言必须是全球统一、连续自洽、并得到不断精化的框架，具有这些条件的参考框架目前只有国际地球参考系，即ITRF参考框架。目前常用的参考框架为2001年推出的ITRF2000和2006年推出的ITRF2005［1，2］。较多的GNSS数据处理成果都是统一转换到ITRF2000框架下［3，4］。而处理GNSS数据时，要尽量采用最新的ITRF参考框架，并把过去处理的结果及时转换成最新的ITRF参考系中的成果。

相对于ITRF2000，ITRF2005在解的生成、基准的定义和实现等方面，做了进一步的完善和修正［2，5，6］。因此，高精度、高分辨率的ITRF2005将会逐渐取代ITRF2000成为当前GNSS数据处理的基准框架。

在高精度 GNSS数据处理中，分别选用ITRF2000和ITRF2005作为GNSS数据处理的基准框架得到的结果是否有差别、有多大的差别、该差别对形变分析是否有影响等都需要进行研究。因此，本文基于实测的GNSS连续观测和流动观测数据分析了ITRF2000和ITRF2005下测站坐标、基线长度、区域水平速度场的差异，以期为高精度GNSS数据处理和不同时期GNSS数据处理成果转换提供依据或参考。

2 测站坐标的差异

2.1 时间序列解算

将中国地壳运动观测网络(简称“网络工程”)［7］30余个基准站及中国大陆周边16个IGS站组成区域网(图1)，记为基准网(JZW)。利用GAMIT/GLOBK 10.34软件处理基准网2008—2009年的观测数据，得到各测站的坐标时间序列，解算参数设置如下：数据采样间隔为30 s，基线处理模式为松弛解，地球重力场、固体潮和极潮模型都遵循最新规范 IERS2003，全球海潮模型采用最新版的FES2004(otl_FES2004.grid)，以LC观测量消除电离层一阶项的折射影响，对流层映射函数采用VMF1模型，每2个小时估计1个天顶延迟参数。

图1 网络工程基准站及周边IGS站分布Fig.1 Distribution of IGS stations and GNSS fiducial stations of CMONC

2.2 测站坐标差异

将计算得到的ITRF2000和ITRF2005下测站坐标(XYZ)时间序列分别记为X2000和X2005，根据ITRF2000和ITRF2005之间的14个Helmert转换参数［1］，将X2005转换到ITRF2000下并记为X0005。由于在分析测站运动状况中经常使用NEU坐标系，故按照文献［8］给出的方法将X2000、X2005、X0005转换为N2000、N2005和N0005，取坐标差=N2000 -N0005，统计3个方向(N，E，U)坐标差的标准差(图2)。从图2可以看出，各点在两个框架下的NEU坐标差的标准差均为毫米级，因此认为ITRF2000和ITRF2005的差异所引起的测站坐标时间序列差异为毫米级，其最大值为3.67 mm，最小值为1.26 mm。

图2 坐标转换后ITRF2000和ITRF2005下的坐标差Fig.2 Differences in positions between ITRF2000 and ITRF2005 after transformation

3 基线长度的差异

根据计算得到的X2000和X0005分别计算基线长度，记为S2000和S0005，再进行做差比较。限于篇幅，表1只给出了5条基线的长度差。

从表1可以看出，坐标转换后 ITRF2000和ITRF2005下的基线长度差异随基线长度的增大而缓慢增大，但总体而言，差异很小(最大值为1～2.1 mm，标准差均在1 mm以内)。以JIXN-DLHA基线为例，差值绝大部分分布在-0.5～1 mm内(图3)。

表1 坐标转换后ITRF2000和ITRF2005下的基线长度差Tab.1 Differences of baseline lengths between ITRF2000 and ITRF2005 after transformation

4 水平速度场的差异

4.1 大尺度区域网

在计算结果N2000和N0005内挑选数据完整、N和E分量时间序列线性较好的27个测站，对时间序列进行线性拟合，得到2008—2009年水平(N和E向)速度场，分别记为V2000和V0005。按式(1)计算V2000和V0005中各点水平运动速度标量值V和方位角A(从正北开始顺时针旋转值)。

其中，Vn和Ve分别是N和E向速度值。

将V0005中各点的V值和A值与V2000中的对应值做差比较，分别记为DV和DA(表2)。

从表2可以看出，ITRF2000和ITRF2005下基准网水平速度场差异很小，速度值差异在1 mm/a内，方向上存在2°左右的系统差。

表2 ITRF2000和ITRF2005下基准网水平速度场差异Tab.2 Differences of JZW’s horizontal velocity field between ITRF2000 and ITRF2005

4.2 中等尺度区域网

山西GNSS监测网是山西省地震局于1996年沿山西断裂带布设的高精度GNSS监测网，原有点位40个，除5个测站由于被破坏或受其他影响而无法有效使用外，绝大部分测站状态正常。1996—2009年每年都复测一次，每次每站观测的时间长度一般为3～4昼夜。将这35个站与周边17个国内基准站和 IGS站组成一个区域网，记为山西网(SXW)。对山西网2008年和2009年的两期观测数据进行处理，分别得到ITRF2000和ITRF2005下山西网2008—2009年的水平速度场(图4)。从图4可以看出，ITRF2000和ITRF2005下的水平速度场在数值和方向上的差异均不显著(数值差异在0.7 mm/a以内，方位角差异在0.5°以内)。

图4 ITRF2000和ITRF2005下山西网水平速度场的差异Fig.4 Difference of SXW’s horizontal velocity field between ITRF2000 and ITRF2005

5 结语

1)ITRF2000和ITRF2005的差异造成的测站坐标差为毫米级(1.26～3.67 mm)，处于高精度GNSS观测可识别范围;

2)基线长度受ITRF2000和ITRF2005的差异影响较小，差值在1 mm以内。由于基线长度的变化可以反映测点之间的变形特征，而不足1 mm的差异表明该变形信息基本不受参考框架的影响;

3)ITRF2000和ITRF2005下水平速度场的差异随研究范围的缩小而减弱。大尺度区域的水平速度场差值在1 mm/a内，方向上存在2°左右的系统差;而对于中等尺度区域，该差异在数值和方向上均不显著。

致谢 感谢杨国华研究员的有益讨论!

1 Altamimi Z，Sillard P and Boucher C.ITRF2000：A new release of the International Terrestrial Reference Frame for earth science applications［J］.J Geophys Res.，2002，107 (B10)：2214，doi：10.1029/2001JB000561.

2 Altamimi Z，et al.ITRF2005：A new release of the International Terrestrial Reference Frame based on time series of station positions and Earth Orientation Parameters［J］.J GeophysRes.，2007，112：B09401，doi：10.1029/ 2007JB004949.

3 赖锡安，等.中国大陆现今地壳运动［M］.北京：地震出版社，2004.(Lai Xi’an，et al.Present-day crustal movement in China constrained［M］.Beijing：Seismological Press， 2004)

4 杨国华，等.印尼地震对我国川滇地区地壳水平活动的影响［J］.大地测量与地球动力学，2006，(1)：9-20.(Yang Guohua，et al.Effect of Indonesia earthquake on horizontal crustal movement in Sichuan-Yunnan region［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2006，(1)：9-20)

5 朱文耀，熊福文，宋淑丽.ITRF2005简介和评析［J］.天文学进展，2008，26(1)：1-14.(Zhu Wenyao，et al.Notes and commentary on the ITRF2005［J］.Progress in Astronomy，2008，26(1)：1-14)

6 魏娜，施闯.地球参考框架的实现和维持［J］.大地测量与地球动力学，2009，(2)：135-139.(Wei Na and Shi Chuang.Realization and maintenance of terrestrial reference frame［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2009，(2)：135-139)

7 牛之俊，等.中国地壳运动观测网络［J］.大地测量与地球动力学，2002，(3)：88-93.(Niu Zhijun，et al.Crustal Movement Observation Network of China［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2002，(3)：88-93)

8 黄立人，高砚龙，任立生.关于NEU(ENU)坐标系统［J］.大地测量与地球动力学，2006，(1)：97-99.(Huang Liren，et al.On NEU(ENU)coordinates system［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2006，(1)：97-99)

EFFECT OF DIFFERENCE BETWEEN ITRF2000 AND ITRF2005 ON GNSS DATA PROCESSING

Zhan Wei1)，Yang Bo1)，Wu Yanqiang2)，Liu Zhiguang1)and Meng Xiangang1)

(1)First Crust Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin 300180 2)Institute of Earthquake Science，CEA，Beijing100036)

As comparing with the ITRF2000，the ITRF2005 make a lot of improvement on solution generation，datum definition and realization and so on，so there is a certain frame difference between the ITRF2000 and ITRF2005，furthermore，it would affect GNSS data processing.So in this work，the differences of the results including station coordinates，baseline length and horizontal velocity field were analyzed.After transformation，the differences of position are at millimeter level，the differences of baseline length are less than 1mm.The differences of horizontal velocity fields decreases with the reduction of studied area.For large regions，the differences are less than 1mm/a and a systematic difference of about 2 degrees in direction.For medium regions，the differences and direction are not significant.

ITRF2000;ITRF2005;GNSS;data processing;difference

1671-5942(2011)06-0109-04

2011-06-02

中国地震局地震行业科研专项(201008007，200908029)

占伟，男，1983年生，工程师，主要从事GNSS数据处理与分析研究工作.E-mail：zw000373@163.com

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