间距分区法在解算卫星连续运行站数据中的应用

2016-12-20曹炳强成英燕许长辉

测绘通报 2016年11期

关键词：各省市格网测站

曹炳强，成英燕，许长辉，王虎

(中国测绘科学研究院，北京 100830)

间距分区法在解算卫星连续运行站数据中的应用

曹炳强，成英燕，许长辉，王虎

(中国测绘科学研究院，北京 100830)

介绍了在处理全国卫星连续运行站数据时，基线解算与平差的解算策略与流程，针对由于解算的CORS站点数量多、分布密集，存在短基线从而影响解算精度的问题，并且顾及GAMIT/GLOBK软件的处理效率，运用间距分区法首先对所有测站进行了分区解算，然后进行了联合处理。结果显示，通过这种分区方案得到的测站坐标，N、E方向的精度在1 mm以内，U方向的精度在3 mm以内，可以满足高精度的数据解算要求，验证了这种方法在解算数量多、分布密集测站时的精度可靠性。

短基线；间距分区；水平精度；高程精度；可靠性

国际大地测量发展的一个特点是建立全天候、全球覆盖、高精度、动态、实时定位的卫星导航系统。目前世界上较发达的国家都已建立或正在建立连续运行参考站系统(CORS)，我国一大批城市、省区和行业正在筹划建立类似的连续运行网络系统。通过对这些测站的科学处理与分析，为测绘基准建设、边界勘测和高精度坐标框架维护提供了保障和服务。因而如何得到高精度的CORS站的坐标显得尤为重要。

GAMIT/GLOBK作为高精度的数据处理软件，主要用于分析研究地壳变形、高精度GPS数据处理等。一般来说，GAMIT对于中长基线的解算精度非常高，而对于短基线的解算精度比较低[1-3]。由于各省在进行CORS站点选址时，很多测站之间的距离相对较近，因此在进行基线解算时，测区中包含了短基线与长基线的情况，而短基线的存在必然会影响整个测区的基线解算精度[4-5]。本文将首先介绍间距分区法的基本原理，然后利用此原理编制的分区软件对多省CORS站进行分区和数据的联合处理，并对解算结果及精度作进一步的分析，验证间距分区法的解算精度可靠性。

一、间距分区法

间距分区法是针对区域密集型CORS站基线解算的新方法，基本原理为：针对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[6]。间距分区法的主要目的是为保证分区点位的大致均匀，具体实现的基本思路是采用格网分区的方法进行分块处理，基于中国大陆的板块所处的区域范围，按照纬度和经度进行格网划分(1°大约为111 km)，将中国区域划分成5°×5°的网格区域[7]。间距分区法示例,譬如在格网1里面，由于测站点数较多，可以再进行一次格网区域划分，为5°×5°的格网如图1所示。

图1

如果再次划分的小格网区域中，测站点数仍然较多，再进行一次格网区域划分，为2.5°×2.5°的格网。间距分区法选点示例如图2所示。

图2

在各省市CORS站点的单日数据处理阶段，由于受到软件处理测站数限制，需对数据进行分区处理。由于GAMIT/GLOBK软件子网计算是以天(年积日)为单位，且单日解算点数限制为65个点(GAMIT 10.50)，在实际计算中点数超过55个，计算时间大幅度增加，故在实际计算中单日解算点数原则上限制在55个以内。为此，本方案设计采用间距分区法对站点进行平行分区。针对网格区域内各省市CORS站点的数量，按上述间距分区的方法，逐次对格网区域进行再划分，以便于从格网均匀抽取测站点，进行分批数据处理。因此对1300多个各省市CORS基准站通过已经编制的分区软件进行了分区，共计32个区。

二、数据处理

1. 框架点的选取

全球共有300多个IGS站，首先要进行IGS站的选择。按照连续性原则、稳定性原则、高精度原则、多种解原则、平衡性原则和精度一致性原则6个方面对台站进行选择。首先利用站点的时序等资料按照一定标准对各台站的数据质量进行分析，并对测站进行初步的筛选；然后使用七参数法站点进行精选，发现这样选择的站点在局部地区(如欧洲地区)分布任然很密集。因而又对精选的测站进行了监督分类，使其在全球的分布符合均匀化原则[8]。选完之后的测站分布如图3所示。

图3 全球IGS站分布

2. GAMIT主要参数设置

GAMIT计算中参数设置见表1[9-10]。

3. 平差参数配置

软件配置文件中平差参数设置见表2。

平差主要目的是获得各省市CORS基准站在ITRF2008框架下的坐标等信息。在各省市CORS基准站的平差过程中，首先利用GLOBK软件将包含IGS站与陆态网测站和各省市CORS基准站单日松弛解h文件，通过对公共站点和卫星进行合并，得到一个包含所有IGS测站、陆态网测站、各省市CORS基准站、极移和卫星参数的松弛解及方差-协方差矩阵的H文件；然后从sopac网站上下载全球的H文件，将全球的H文件进行合并，将合并完成之后的H文件再与各省市CORS基准站的H文件进行合并；最后进行平差求解得出各省市CORS基准站在全球框架下的坐标。数据处理流程如图4所示。

表1

表2

图4 数据处理流程

三、间距分区法的应用

解算的数据为2014年8月全国25个省市共计1300余个CORS的观测数据，首先利用间距分区法将1300多个测站分成了32个区，每个分区的测站在40个左右。采用我国及周边14个IGS站和6个陆态网测站作为框架站，利用GAMIT/GLOBK软件进行解算，并对31 d的数据与全球的H文件进行了联合平差。单时段解算出的标准化均方根残差(NRMS)是衡量GAMIT解算结果质量的一个重要指标，一般来说，NRMS值越小，精度值越小，基线估计精度越高；反之，则精度较低。因而最后通过其Q文件中的NRMS对其结果进行衡量比较。NRMS值如图5所示，图6为CORS站三维坐标方向的精度，图7为站心坐标系下CORS站在N、E、U方向上的精度。

图5 NRMS值分布

图6 CORS站X、Y、Z方向坐标精度

图7 CORS站N、E、U方向坐标精度

由图5可得，所有的NRMS值都在0.16～0.18之间，满足基线解算要求。图6为分区解算后，CORS站解算结果在三维方向上的坐标精度都在3 mm之内；图7为站心坐标系下，CORS站解算结果水平精度在1 mm之内，高程精度在3 mm之内。由此可得，由间距分区法得到的分区方案可以得到高精度的CORS数据解算结果。

四、结束语

由于GAMIT是一套双差处理软件，在处理短基线时由于短基线之间的相关性很大，因而其对短基线处理精度会降低。间距分区法能够使测区内的测站分布均匀，避免短基线的存在，有效地减弱解算过程中由于短基线的精度较低而影响整个测区的精度，是一种有效的GAMIT高精度数据解算方案。省级的CORS站分布比较密集，因此使用间距分区的方案后，可以使每个分区内的测站分布更加合理均匀，有效地提高了基线解算的精度。

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[3] 李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社，2005.

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[6] 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.

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Application of Space Partition Method in the CORS Data Processing