密集型CORS站的高精度基线解算方案研究

李 兵，成英燕，于 男，3，张德成，李 伟，4

(1.山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛 266590；2.中国测绘科学研究院，北京 100830；

3.辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院，辽宁阜新 123000；

4.兰州交通大学测绘与地理信息学院，甘肃兰州 730070）

密集型CORS站的高精度基线解算方案研究

李 兵1，2，成英燕2，于 男2，3，张德成1，2，李 伟2，4

(1.山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛 266590；2.中国测绘科学研究院，北京 100830；

3.辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院，辽宁阜新 123000；

4.兰州交通大学测绘与地理信息学院，甘肃兰州 730070）

一、引 言

在GPS数据处理过程中，基线解算的主要特点是处理时间长、工作量大，是进行网平差的基础工作。基线解算的精度直接关系到GPS网的定位精度及工作效率。GAMIT/GLOBK作为一套高精度数据处理软件，它主要应用于分析研究地壳变形、高精度GPS测量数据处理等领域[1]。

众所周知，GAMIT主要用于长距离、高精度、长时间的GPS定位数据处理。对于中长基线的解算，其基线解算的精度很高，而对于短基线的解算精度则相对较低。由于站点选址的要求，某些测站之间的距离相对较近，利用GAMIT进行常规数据处理的过程中，测区存在着同时包含长基线和短基线的情况，在这种情况下，短基线的精度较低必然会影响整个测区平差结果的精度。由于其采用的模型及数据处理方式等因素的不同，可能造成基线解算结果的系统性差异[2]。

二、影响基线解算精度因素

影响基线解算精度的因素主要有卫星轨道误差、对流层折射误差及电离层延迟误差等，且这些误差通过双差改正可以得到有效地削弱[3]。随着基线长度的增加，其基线解算的方式有所不同。

对于短基线来说，采用广播星历即可满足高精度的坐标解算。对于长基线，卫星轨道误差是GPS定位的重要误差源之一，广播星历米级的定位精度并不能满足长基线解算精度的要求，需要选择精密星历参与解算[4-5]。因此，在进行基线解算时需根据基线长度选择合适的星历文件。

对于对流层折射误差，在GAMIT解算过程中采用的是随机过程模拟的方法(Saastemoinen模型）[6]。对于长基线解算，对流层模型改正因子加入的越多，模拟对流层折射对解算结果的影响越精确，反映出折射估值随时间变化的基本一致性趋势。但对流层模型改正因子太少会导致对流层折射随时间变化的特征，尤其是对湿分量部分。而加入的改正因子过多会降低整个解的强度，甚至会导致法方程的病态或秩亏，从而影响解算精度[2，7]。对于短基线的测站，其对流层延迟具有较强的相关性，对流层改正模型的加入会减弱这种相关性，不利于获得较高的解算精度[7]。

在消除电离层延迟方面，GAMIT解算中，对于较短的基线，电离层延迟的相关性很强，通过站间差分便可消除电离层一阶影响，此时也可选择LC解，但LC解使得观测噪声和一些偶然误差源(如多路径效应）放大，从而影响解的精度。此时选择L1、L2独立解是合适的[8]。对于长基线的解算，这时电离层延迟的相关性很差，选用消除掉电离层影响的LC解无疑是最合适的。在实际数据解算过程中，一般选择默认的无电离层线性组合(即LC_AUTCLN），对长基线解算有优势，但处理短基线时精度会降低。

通过对影响基线解算因素的分析，在利用GAMIT进行基线解算时，对于测区内长短基线的解算，选取的模型及采用的处理策略均是一致的。而这些模型策略主要是针对中长基线的，对于短基线的处理精度相对较弱。因此，在数据处理过程中就会存在一个缺点，对于短基线的基线处理精度会降低。

本文针对GAMIT处理短基线精度较低的问题，为提高测站分布密集型测区的基线解算精度，提出了一种新的分区处理方案―――“间距分区法”。

三、间距分区法

间距分区法是针对密集型CORS站基线解算的新方法，定义为：将测站分布较为密集的区域，根据各个测站之间的距离，将分布密集的测站抽稀，使距离较近的测站均匀地分布在不同的测区，尽量避免较短基线的存在，然后利用GAMIT软件分别对每个测区进行基线解算，最终将各个测区合并联合平差，以此来提高GAMIT对各测站基线解算的精度。其适用于测区内部测站分布不均匀且相对密集的情况。

间距分区法主要是针对密集型CORS站的基线解算，尤其适用于省级CORS站的解算。由于省级CORS站的建立需要考虑到诸多因素，多数情况下，测站分布都很密集，这就导致在数据处理时受到短基线的影响，基线解算精度会降低。因此，间距分区法的优势就在于处理测站密集型测区的数据，使其获得高精度的基线解算结果。

如果处理解算的方案不一致，即使所使用的软件一致，也会带来较大的系统误差。选用间距分区法进行基线解算，既考虑到测站间距的问题，保证各个测站间基线长度较长，又兼顾了测站分布状况，使得测站分布较为均匀。此时，GAMIT在进行数据处理过程中会选取相同的解算方案，从而避免了较大系统误差的出现，以此来提高基线解算精度。

四、案例分析

由于GAMIT/GLOBK[6，9]软件子网计算是以天为单位，且单日解算点数限制为65个点[6]，在实际计算中点数超过55个，计算时间会大幅度增加，故在实际计算中单日解算点数原则上限制在55个以内。

本岛光照资源条件一般，且岛内土地资源主要围绕旅游和居住而建设开发，电力工程建设用地较为紧张，不适宜大规模发展传统集中式光伏。受土地及限高等影响，岛内风电机组选址较困难，不适宜大规模发展风电。因此，本文中暂不对发展风、光等可再生能源进行讨论。

选取江苏省CORS站75个(如图1所示），此数目超出GAMIT/GLOBK软件单日解算点数的限制，因此，须将这些CORS站分区单独进行处理。本文采用两种不同的分区处理方案进行基线解算。

图1 江苏省CORS站分布图

1）间距分区法。根据间距分区法的分区原则将江苏省CORS站点抽稀，划分成3个测区(如图2所示），使得3个测区中CORS站点分布较为均匀，并且测站间的距离相对较为分散，从而避免较短基线对基线解算精度的影响。

图2 间距分区法划分的3个分区

2）一般分区方法。根据江苏省CORS站点分布进行垂直分区，本文选取了分布较为密集的南部区域的CORS站点(如图3所示）作为试验区域，其中各个测站之间的距离相对较近，即测站间的基线长度较短。

图3 一般分区法的一个分区

本文利用GAMIT解算，采用相同的处理策略[10]，根据解算结果，选取了两种不同分区方案下部分相同的基线，并对这些基线的基线解算精度作了对比(见表1）。

从表1中可以看出，基线BTGC-NJDB的长度为15.4 km，利用间距分区法得到的基线精度为8.10 mm，而采用一般的分区方法得到的基线精度为8.01 mm。GAMIT对于短基线的处理，无论是采用间距分区法还是一般的分区方法，其基线解的精度都很低，基线解算的相对精度达到了10-7量级，这同时也说明了GAMIT在处理短基线时，基线解算的精度相对较低，GAMIT适用于中长基线的解算。

表1 相同基线两种方案基线精度对比

随着基线长度的逐渐增加，利用间距分区法解算的基线精度均在3 mm左右浮动，而对于一般的分区方法，其基线精度不稳定。将两种分区方案进行对比，间距分区法基线解算的精度比采用一般的分区方法的基线解算精度有着显著的提高，从基线的相对精度来看也能够明显地体现出来。

五、间距分区法的应用

根据间距分区法的分区原则，利用GAMIT/ GLOBK分别对安徽省CORS站(如图4所示）数据进行解算。

将安徽省CORS站分成(a）、(b）两个区。其解算结果分别列于表2。安徽省CORS站的站点分布密集，诸多测站间的距离很近，选用间距分区法能够提高整个测区的基线解算精度，从而获得高精度的解算结果。

由表2可看出，各个测站在ITRF2005框架下3个方向的坐标精度均优于2 mm；站心坐标系下，水平方向的误差均小于1 mm，高程方向误差均小于2 mm。

图4 安徽省CORS站间距分区法分区

表2 安徽省CORS站部分数据处理结果mm

根据安徽省CORS站的解算结果分析，间距分区法对于处理测站分布密集的测区能够获得精度较高的解算结果。

六、结束语

间距分区法将距离较近的测站均匀分布在不同的测区，使测站间距均保持在相对较长的水平，避免了在利用GAMIT进行基线解算过程中短基线解算精度较低的情况，可以有效地削弱解算过程中由于短基线的精度较低导致影响整个测区基线解算的精度，在利用GAMIT进行高精度数据解算中提供一种新的处理方案。

由于区域CORS网中，特别是省级CORS站，测站间距相对较为集中，间距分区法可以有效地避免短基线的存在，解决了GAMIT数据处理过程中短基线解算精度较低问题，在区域网基线解算中能够有效地提高基线解算精度，具有很好的实用性。

[1]党亚民，秘金钟，成英燕.全球导航卫星系统原理与应用[M].北京：测绘出版社，2007.

[2]姜卫平，刘经南，叶世榕.GPS形变监测网基线处理中系统误差的分析[J].武汉大学学报：信息科学版，2001，26(3）：196-199.

[3]刘大杰，施一民，过静珺.全球定位系统(GPS）的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，1999.

[4]王国祥，冯威，陈豪，等.GPS长基线数据处理的软件实现[J].测绘科学，2012，37(2）：194-196.

[5]丁克良，陈义，王勇，等.快速星历与精密星历对基线解算和平差结果的影响[J].铁道勘察，2005，31(2）：5-7.

[6]Department of Earth，Atmospheric，and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology.GAMIT Reference Manual，Release 10.4[R].USA：MIT，2010.

[7]邹璇，张勇，王振辉，等.GPS数据高精度基线解算方法分析[J].地理空间信息，2006，4(5）：53-55.

[8]杨建军.GPS基线解算经验点滴[J].测绘通报，1997 (1）：18-20.

[9]Department of Earth，Atmospheric，and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology.GLOBK Reference Manual，Release 10.4[R].USA：MIT，2010.

[10]赵建三，杨创，闻德保.利用GAMIT进行高精度GPS基线解算的方法及精度分析[J].测绘通报，2011(8）：5-8.

Study of High Precision Baseline Solution Based on the Intensive CORS Station

LI Bing，CHENG Yingyan，YU Nan，ZHANG Decheng，LI Wei

简要分析影响基线解算精度的诸多因素，提出一种能够提高基线解算精度的新方案―――“间距分区法”，该方法是针对密集型CORS站基线解算的新方法。并针对江苏省CORS站数据分别利用间距分区法及一般的分区方法进行基线处理，对比这两种分区方法解算的基线精度，验证了在测站密集的测区，间距分区法相对于一般的分区方法具有较高的基线解算精度。

间距分区法；基线解算；GAMIT；高精度；密集型CORS站

P228.4

B

0494-0911(2014）10-0050-04

2013-08-19

863基准项目(2013AA122501）；CGCS2000高精度非线性基准构建与维持技术(A1317）

李 兵(1990―），男，山东淄博人，硕士生，主要研究方向为GPS数据处理、CGCS2000框架维持。

book=50,ebook=53

李兵，成英燕，于男，等.密集型CORS站的高精度基线解算方案研究[J].测绘通报，2014(10）：50-53.

10.13474/j.cnki.11-2246. 2014.0326