IGS跟踪站在区域变形监测中的应用＊

2013-08-29李海英叶聪云彭晓东

全球定位系统 2013年4期

陈远，李海英，叶聪云，彭晓东

（1.广东省航道测绘中心，广东广州511483；2.广州计量检测技术研究院，广东广州510000）

0 引言

在区域GPS变形监测的应用中，经典的大地测量参考基准，已经难以满足现代高精度长距离定位、形变监测和地球动力学研究的需要。因此，一些国家和国际组织先后建立了不同的现代地心大地坐标参考系统，其中精度最高、使用最广泛的为国际地球自转服务（IERS）所建立的国际地球参考框架（ITRF）[1]。自1988年以来，IERS已经发布了ITRF88、ITRF89、乃至ITRF2005等全球坐标参考框架，目前广泛应用的为ITRF2005[2]。国际地球参考框架（ITRF）是基于 VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空间技术所建立的现代全球地面参考框架，它提供一个全球统一的、地心的、三维的和动态的高精度地面坐标参考基准。

由于ITRF框架点的分布密度还不能满足区域大地测量的要求，因而利用GPS精密基线解算软件联合周围的IGS跟踪站建立区域性的、与ITRF相一致的三维大地坐标参考基准成为大地测量研究的热点之一。众所周知，IGS基准站的选择和处理在高精度GPS数据处理中至关重要，选择不当或处理不当，对平差结果的影响是系统性的。主要研究了IGS跟踪站的选取及不同基准点对GPS监测网点变形量的影响。

1 影响GPS监测网点平差精度的因素分析

在选定IGS基准站与区域GPS网一起平差时，平差模型及其解为[3]

式中：

其中：A1、A2为设计矩阵；XG，XI分别为GPS和IGS站点坐标向量。由式（4）知，平差后GPS点坐标精度除与观测精度PΔ及IGS基准站的先验权有关外，还与系数阵A1、A2有关，即与所选IGS基准站的位置和数目有关。

由以上分析可知，影响GPS监测网平差的主要因素是观测精度和基准点的选择，其中观测精度又与观测时间的长短及数据处理软件的完善程度有关。由于IGS跟踪站密度较稀，往往距离变形区达数百公里，此时需要精密基线解算软件进行处理[4]。由文献[4]可知，当观测时间超过4h时，即使基线长度达到500km，使用Bernese软件解算的基线精度也优于1mm.

2 IGS跟踪站点的变形分析

跟踪站点选择的重点放在GPS跟踪站的时间序列的稳定性分析及其精度分析上。如果IGS跟踪站位于形变区域或者其速度场精度偏大，必然会在长期数据处理的精度及其稳定性上显现出来。给出的变形监测区域位于淮北市附近，距其较近的跟踪站分别为BJFS、SHAO、WUHN三个站点。此3个站点都位于欧亚板块，根据ITRF2005给出的全球各跟踪站点的速度文件IGS05.VEL可知，这3个点的运动趋势相同，运动的速度很接近。给出BJFS、SHAO、WUHN三个站点2009年以周为时间间隔的三维坐标变化量，如图1～3所示。

图1 BJFS、SHAO、WUHN三个站点X方向的变化量

图2 BJFS、SHAO、WUHN三个站点Y方向的变化量

图3 BJFS、SHAO、WUHN三个站点Z方向的变化量

图1～3可知，BJFS、SHAO、WUHN三个站点的X方向的运动的速度较大，一年内最大的变化量达到33.9mm，但三者同一时间对应变化量基本相同，其互差一般在3mm以内；Y和Z方向的变化量相对较小，一般集中在15mm以内，但是三个站间的互差有时则高达7mm以上，在各期监测其基准统一时应予以考虑。

3 实例验证及分析

实例数据来源于皖北矿区的海孜、青东、杨柳、临涣、袁店和孙疃六个矿的6个监测点的2009年3月6日和2009年7月9日两次的GPS实测数据，观测时间不小于4h，以及离该矿区较近的北京、上海、武汉三个IGS跟踪站的该天的观测数据。如图4所示，各点间的基线平均长度为30 km，该矿区距离BJFS、SHAO、WUHN三个跟踪站的平均距离大约500km.

图4 淮北矿区GPS变形监测网点示意图

利用Bernese软件分别按照如下方案解算各期坐标：1）方案一：每期只约束BJFS、SHAO、WUHN三个站点，将第二期各点坐标用七参数坐标转换法统一到第一期框架下，再比较各点的变形量；2）方案二：每期除了约束BJFS、SHAO、WUHN三个站点外，再约束变形区边缘的YL01点，利用方案一同样的方法计算出各监测点的变形量。Bernese5.0软件处理结果表明：各期网点的X、Y、h三个方向的精度均优于5mm.不同方案对应的各监测点的变形量如表1所示。