CORS基准站的稳定性分析与研究

罗 峰

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

0 引 言

随着CORS应用领域的不断发展和在一些高精度测量领域的应用，其稳定性越发显得重要[1]。广州CORS系统作为广州市地理空间框架的重要基础设施之一，一方面可建立和维持广州地区高精度三维基准，为经济建设提供精确的定位、定向服务，为区域地球动力学和运动学等基础学科研究提供精确参考基准；另一方面向广州区域内的网络RTK用户提供精确的实时三维定位服务。

广州市地处中国大陆南部，属丘陵地带，地势东北高，西南低，北部和东北部是山区，中部是丘陵、台地，南部是珠江三角洲冲积平原。地理位置特殊，地质情况多样，地下和地壳活动复杂，特别是地表沉降导致的CORS基准站点的位移尤其需要引起重视。

基于以上原因，对广州CORS系统基准网进行稳定性监测和数据处理分析具有重要意义。在稳定性分析过程中，涉及到两个层次的联测分析，一个是大范围与周边IGS跟踪站的联测，一个是区域内基准站网自身的稳定性监测，本文重点对广州CORS基准站网内部的稳定性进行了分析和研究。

1 广州CORS情况

广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统(GZCORS)于2006年建设完成，基准站网由8 个在广州市域范围内均匀分布的基准站(从化站、吕田站、花都站、增城站、五山站、番禺站、永和站、万顷沙站)以及1个GPS 监控站(规划院站)组成,如图1所示，其中有5个是基岩点[2]。系统投入使用以来，已经在广州市城市规划、市政建设、基础测绘、工程测量、气象监测等部门得到了广泛应用。

图1 广州CORS网

广州CORS系统建设较早，当时还没有相关技术规范对CORS网的稳定性分析提出相关的规定。2010年，发布了《卫星定位城市测量技术规范 CJJ/T73-2010》为行业标准，其中规定了应定期对CORS网进行解算分析，解算周期不应超过一年[3]。

GZCORS系统从2006年建设至今，已运行超过7年多时间。8个基准站，每天24 h运行，观测数据采样间隔为15 s，每年的数据量超过30 G.到目前为止，GZCORS系统存储的数据到达190 G.有了一定的数据基础，可以进行稳定性分析。

2 广州CORS稳定性分析

广州CORS基准站网稳定性分析的流程，主要包括数据整理准备、基线解算、平差计算、稳定性分析等步骤，最后建立CORS基准站在ITRF93框架(1996.365历元)下的位移变化率以及坐标时间序列，分析CORS基准站的稳定性。稳定性分析的流程如图2所示。

1) 数据整理准备

考虑到板块运动的影响，数据解算不引入IGS站[4-6]，只对8个基准站的数据进行联合处理，并在原有坐标基准(ITRF93框架)下平差计算考查基准站之间的稳定性。

图2 稳定性分析流程

前期的数据准备需要：基站的静态数据(RINEX数据)、相应的广播星历(brdc文件)、相应的精密星历(SP3文件)。

RINEX数据(8期数据)：GZCORS系统共8个基准站，数据采样率15 s，观测时间24 h，GZCORS基准站的天线为TRM41249.00型，接收机为TRIMBLE NETRS类型，天线高为量测到天线参考点的垂直高(基准站的天线高均为零),每一期的数据为6月的30天的静态数据。

2) 数据质量分析

在数据处理前，采用美国卫星导航系统与地壳形变观测研究大学联合体(UNAVCO)研制的数据转化、编辑和质量检测软件(TEQC), 对GPS数据质量进行分析，获取观测时段内GPS数据的电离层延迟、多路径影响、接收机周跳、卫星信号信噪比等信息，如图3所示。

图3 teqc分析得到的观测数据质量汇总信息

通过选取8期数据的相同年积日数据进行分析统计，得到相同基准站数据在各期的多路径影响情况，对其中吕田站和五山站进行分析，得到图4的统计结果，MP1为0.3 m左右，MP2在0.5 m以下，表明两个基准站周边的观测环境良好没有发生大的变化。

图4 吕田站和五山站多路径效应情况(a)吕田站;(b)五山站

3) 基线解算

基准站数据处理采用GAMIT进行基线解算，解算以同步单天时段为单位进行，每个时段求解时，主要考虑因素：卫星钟差的模型改正；接收机钟差的模型改正；电离层折射影响；对流层折射的模型及折射量偏差参数的求解；卫星和接收机天线相位中心改正；测站位置的潮汐改正；卫星轨道改进中使用的力模型，求解卫星轨道初值和光压参数；截止高度角(设置为15°)；采样间隔为30 s；卫星轨道误差。

4) 平差计算

平差计算采用武汉大学GNSS中心编制的POWERNET科研版软件进行平差处理。在平差计算之前首先对各期基线向量的重复性进行统计，其反映了基线解的内部精度，是衡量基线解质量的一个重要指标。整网的重复精度可用固定误差和比例误差两部分表示，即

σ=a+bl，

(4)

式中：σ为分量的重复性精度指标；a为分量的固定误差；b为相对误差;l为基线的长度，由分量的重复性进行固定误差与比例误差的直线拟合得到。8期数据的每期数据都有28条重复基线，最长为130.8 km，最短为24.1 km，平均长度为54.2 km，各期的整体重复性精度统计如表1所示。

表1 基线向量重复性统计表

表明各期的基线计算情况良好，其中水平方向的精度明显优于垂直方向的精度。其中长度方向的平均固定误差为2.3 mm，比例误差-0.2 ppm.按CJJ/T73-2010《卫星定位城市测量技术规范》[7]的要求，对于CORS网，其固定误差≤ 5 mm，比例误差要≤1 ppm，由此可见，广州CORS网各期的基线处理的精度达到了规范的要求，可以进行平差计算。

5) 稳定性分析

在得到广州CORS站点坐标时间序列前，首先应选定CORS网中相对稳固的站点作为参考点。其中CORS基准值中5个是基岩点，通过分析五山站和街口站作为基岩站，稳定可靠。可以作为参考站点进行约束处理。通过平差后得到各站点的大地坐标，通过高斯投影得到各点的平面坐标。图5示出了第二期后的各期成果与第一期(2006)的坐标较差情况。

图5 各期与第一期(2006)的坐标较差情况(a)沙头站； (b)新华站；(c)横沥站； (d)荔城站； (e)永和站； (f)吕田站

在平面上， 6个站点均有变化，在X方向上，变化最大的点位是沙头站，往北方向移动8.0 mm，最小变化的是横沥站，往南方向移动约1.0 mm；在Y方向上，变化最大的点位是新华站，往东方向移动5.0 mm，最小变化点是永和站，往东方向移动1.0 mm；其他点均有大小不同的移动趋势。

在大地高方向上，6个站点均有沉降变化。沉降最大的点位是沙头站，达到45 mm，其他基准站均有不同程度的周期性波动，总体趋势是沉降的。

3 结束语

CORS基准站网的稳定性受该地区地质构造，地壳运动，大气层变化，卫星接收设备的稳定性等多种因素的影响[8-10]。通过广州CORS系统稳定性监测的数据处理与分析，表明CORS系统各基准站都存在不同程度的位移和沉降,其中沉降最大的点位是沙头站，达到45 mm. 根据《卫星定位城市测量技术规范》的要求，对于高程变化超过3 cm的基准站需要对其坐标进行修正。以确保系统满足网络RTK系统对参考站坐标精度的要求[9]。另外，本文所提出的利用CORS系统进行区域三维基准维持以及CORS系统稳定性分析的方法，是可行的。随着以后观测数据的增多，基于CORS系统的城市坐标基准维持与稳定性分析应按照合适的周期进行，用时间序列的分析方法做进一步的研究，并注意不同周期之间季节温差变化，采取合适的方法避免或减小其对大地高的影响。

[1] 李江卫, 肖建华, 王厚之, 等. 城市坐标基准维持数据处理与稳定性分析研究[J]. 城市勘测, 2010(1) 45-48.

[2] 杨 光, 方 锋, 祁 芳. GZCORS 系统的建设与应用[J]. 地理空间信息, 2007, 5(3): 20-22.

[3] 卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M]. 武汉：武汉大学出版社, 2009.

[4] 兰孝奇, 葛恒年, 李迎春. GPS 城市地壳变形监测网的数据处理及精度分析[J]. 测绘工程, 2005, 14(4): 27-29.

[5] 梁伟锋. 华北 GPS 网 GAMIT 计算结果与 IGS 站选取的关系探讨[J]. 测绘工程, 2002, 11(4): 55-58.

[6] 鄂栋臣,詹必伟,姜卫平,等. 应用 GAMIT/GLOBK 软件进行高精度 GPS 数据处理[J]. 极地研究, 2005, 17(3): 173-182.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 卫星定位城市测量技术规范CJJ/T73-2010[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.

[8] 李延兴, 胡新康, 赵承坤. GPS 监测网数据处理方案研究[J]. 测绘学报, 1999, 28(1): 62-66.

[9] 蔡瑞斌. CORS 基站网稳定性监测的数据处理实践[J]. 城市勘测, 2011(3): 29.

[10] 蒋志浩, 张 鹏, 李志才, 等. 我国 GPS 跟踪站在汶川地震前后的运动特征分析[J]. 全球定位系统, 2008, 33(5): 6-10.