SDCORS高精度数据处理子网划分分析

张清华,郭金运,周长志,姜英明,张海平

(1.山东科技大学 测绘科学与工程学院,山东 青岛 266590; 2.山东省国土测绘院,山东 济南 250102)



SDCORS高精度数据处理子网划分分析

张清华1,郭金运1,周长志2,姜英明1,张海平2

(1.山东科技大学 测绘科学与工程学院,山东 青岛 266590; 2.山东省国土测绘院,山东 济南 250102)

基于SDCORS站点数目较多、网络较复杂的特点,提出利用GAMIT/GLOBK软件采用划分子网的方案对SDCORS站的观测数据进行解算。将整网的单天解算结果作为标准值,把各方案与整网解算方案的解算结果进行对比,以此来选出更为合理的划分方案。结果表明,无论是按照方向 (东中西三部分、南中北三部分、东西两部分、南北两部分) 划分子网还是按照接收机类型划分子网的方案,均可提高解算效率,解算精度在mm级。将各方案的基线精度与整网的精度比较,得到的基线相对精度在10-8量级,能够满足高精度测量要求,其中,采用南北划分的方案得到的点位较差均在2.5 mm内,效果最好。

SDCORS;子网划分方案;数据处理;整网平差;方案对比

0 引 言

近年来,由于连续运行卫星定位服务系统(CORS)操作方便、实用性强、定位精度高、覆盖面广和野外单机作业等众多优点,国内外越来越多的CORS站已广泛建立,给大地测量带来巨大的推进力量。例如可以利用CORS参考站建立区域大地测量控制网,以CORS参考站的天线相位中心为基准,建立区域测量坐标框架[1];能够根据实测数据对区域内TEC解算,进行短期预报研究[2-3];能够根据区域CORS网进行对流层延迟改正[4];能够向用户发送 RTK、DGPS 的数据信息[5];利用CORS观测数据所反演的可降水汽含量可用于气象学上大气可降水汽含量的研究[6];能够满足地球物理监测需求、用于长期动态监测,可在研究地壳运动、分析地震及预报地质灾害方面发挥重要作用[7-8]。

拉丁舞是体育与艺术的结合，有体育的竞技性，每一个动作都是速度与力度的完美结合，尤其是对爆发力和控制力的要求，拉丁舞的动作要求要有张力，恰恰对速度和爆发力的要求比较高；伦巴对控制力和爆发力要求较高；牛仔比较欢快，要求很好的弹跳性和速度；桑巴的节奏较快，对身体的灵活性和动作之间的衔接要求较高；斗牛舞更多的是对动作的张力和舞蹈气势上的要求。

GAMIT/BLOBK[9-10]是一种广泛使用的高精度处理软件,由美国麻省理工学院(MIT)与加州大学圣迭戈分校斯克里普斯海洋研究所(SIO)共同研制,因其功能强大,解算精度高并且开放源代码等优点,在国内外获得了广泛应用[11]。随着CORS站点数量的增多,求解的未知数也相应增加,数据处理便需要更多的内存和机器时间。例如,GAMIT 软件对单日解算测站数小于100个,如果在实际计算中点数超过 55个,计算时间大幅度增加。针对以上所述的约束条件,对于大规模的CORS站可采用先子网划分解算、再综合处理的方法,进而提高解算效率。

SDCORS系统,于2007年正式启动, 2011年正式建成。该系统整合了不同行业、不同部门在不同时期建立的参考站点,其站点数已经超过140个,覆盖了整个山东省,兼容拓普康、天宝、徕卡等国际GNSS厂商的软硬件设备,成为国内当前运行的参考站数目最多、网络最复杂的系统,所以采用常规的整网解算方案较为困难。若采用划分子网的方案,一方面方便系统管理,另一方面能够将数据计算压力分担到多个服务器上,能节省成本的提供更高质量的服务。而采用哪种划分子网方案能得到和整网解算相当的精度是本文讨论的重点。

本文以SDCORS为例,通过对几种子网划分方案的比较,分析各种方案的处理结果,选出更合理的划分方案。

方案三:将整网按东西两部分划分。如图3所示,将SDCORS网分为东西两部分,分别命名为3a子网和3b子网,子网之间有5个公共站点。

1 数据来源

为确保各站点的解算精度,可利用TEQC软件对SDCORS站的数据进行质量检测,分析可得各基准站的站址选择合理,观测环境良好,整体质量较好[12]。考虑到GAMIT解算超过55个站点时会导致计算压力大和效率低的情况,本文选用2015年第一天正常运行的79个CORS基准站点的观测数据。由于这些测站数据主要采用了6种不同的接收机观测所得,分别为TPS NETG3、TRIMBLE NETR5、TRIMBLE NETRS、TRIMBLE NETR9、TPS NET-G3A和LEICA GRX1200GGPRO接收机,其数据采样间隔有15 s和30 s不等,获取数据后,为了解算方便,进行预处理将其采样间隔统一成30 s.

在数据处理的过程中,需要引入足够的同时段的IGS测站的观测数据(ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily)进行联测以保证CORS站点坐标纳入到ITRF2008坐标参考框架之内[13]。根据CORS基准站点的大致分布,为建立子网间的联系,并考虑到选取的IGS跟踪站应满足观测连续性、稳定性和高精度等原则[14-16],选择山东省周边的5个IGS跟踪站进行联测,分别为BJFS(北京房山)、CHAN(吉林长春)、DAEJ(韩国大田)、SUWN(韩国水原)和WUHN (湖北武汉)。

2 子网划分方案

在子网的划分过程中,需要考虑到各方面因素,如测区范围的大小、站点的数量与分布、核心站点的选择等。在面对一个具体的工程项目时,如在SDCORS中,划分子网还需要考虑更多方面,如观测仪器的不同、基线解算时采用不同的星历、采样率的不同等,这些都可以作为划分子网的依据[17]。并且,从结构上来看,子网之间可能是交叉、相互连接的。基于SDCORS站点数目多,以及山东省大致的经纬度范围(经度:东经114°19′～122°43′,纬度:北纬34°22′～38°23′),为研究合适的子网划分方案,本文采用五种划分方案,具体如下。

方案五:将整网按接收机类型划分。将SDCORS网按接收机类型划分,把TPS NETG3、TRIMBLE NETR5、TRIMBLE NETRS、TRIMBLE NETR9、TPS NET-G3A和LEICA GRX1200GGPRO这六种接收机分别命名为5a子网、5b子网、5c子网、5d子网、5e子网和5f子网。

方案二:将整网按北中南三部分划分。如图2所示,将SDCORS网划分为北、中、南三个部分,分别命名为2a子网、2b子网、2c子网。每个子网相互间有4或5个重复基准站。

“互联网+”深入发展为加强医院党的建设带来了新的发展机遇，也为医院党支部提供了新的创新思路，有利地推进医院党支部工作的创新，对加强医院党的建设工作具有重要的现实意义。

预测未来，扬州市水环境生态安全预警状态虽然能够得到控制，但随着社会人口和经济压力的增长，自然水环境条件容易恶化，需要从长远角度来进行水环境保护和水环境生态安全维护。否则，一旦受到外界干扰，脆弱的水环境系统极易发生灾害。

方案四:将整网按南北两部分划分。如图4所示,将SDCORS网分为南北两部分,分别命名为4a子网和4b子网,子网之间有4个公共站点。

本发明公开了一种化学镀铜溶液用安定剂，由下述质量份原料组成：三水合亚铁氰化钾22 ～ 26 g/L，四水合酒石酸钾钠60 ～ 70 g/L，促进剂2-硫醇基苯骈噻唑0.38 ～ 0.39 g/L，水1 L。化学镀铜溶液用安定剂的制备方法，具体步骤如下：常温下，向水中加入三水合亚铁氰化钾，并搅拌5 ～ 10 min，然后加入四水合酒石酸钾钠，搅拌5 ～ 10 min，最后加入2-硫醇基苯骈噻唑，搅拌至完全溶解。本发明具有能够提高化学铜镀液的稳定性，减少和避免铜离子歧化的优点。

方案一:将整网按东中西三部分划分。如图1所示,在整个山东境内,选取SDCORS其中包含的79个基准站,将其划分为东、中、西三个部分,分别命名为1a子网、1b子网、1c子网。每个子网相互之间有5或6个重复基准站,平差的固定点为上述5个IGS站。

短暂等待和延迟满足不一样，它给了孩子一个确定的指向，并且时间相对较短。很多时候，我们容易低估孩子的等待能力，因为他们总是表现出马上就要反馈的样子，让我们觉得孩子都是急性子。其实，儿童心理学研究发现，一岁到三岁的孩子，慢慢就具备了短暂等待的能力，比如他们能等到别的小朋友玩过后，再玩同一个玩具。

数据解算完成以后,统计各种方案的解算时间,得到整网解算与划分子网方案解算所需时间如表2所示。比较计算时间可得,采用划分子网的方案相比整网解算,加速比达到1.7～1.9之间,相当于提高了1.7～1.9倍。

表1 处理策略及解算控制参数的设置

3 结果与分析

方案一～方案五均先利用GAMIT在各子网中解算出基线,然后利用GLOBK整体平差出站点坐标,最后将整网解算结果作为标准值,把各方案与整网解算结果进行对比分析,以此来选出最佳划分方案。同时,为避免由于采用的模型和处理方式的不同造成结果的差异[18-19],本文在使用GAMIT 10.4软件处理过程中均采用相同的处理策略及解算控制参数[20],如表1所示。

表2 整网解算与各方案划分子网解算时间统计(min)

图10～图12为整网解算与五种方案中SDCORS基准站点在各个方向上的中误差比较。从图中可以看出,方案一、二、三、四的解算精度波动范围不大,X方向的坐标精度在4 mm以内波动,Z方向在4.5 mm内波动，Y方向稍大于X、Z方向上的值,坐标精度在6 mm以内波动,方案四的稍好一些,X、Y、Z方向均在4 mm以内波动,精度变化也较为平缓,方案五中虽然有一些站点解算精度高,但是整体说来变化幅度很大,部分点的精度很低。

表3示出各方案中所有基线解算结果相对整网中各基线的精度对比,从表中可以得出各个方案的基线解算成果的精度均匀合理,基线相对精度的最大差异达到10-8量级,平均差异在10-10量级,说明各方案的基线解都与整网的基线解差异很小。并且无论采用哪种划分方案,GAMIT对于GPS定位数据处理均具有良好的解算精度。

5.地方建设与油田生产的冲突。随着中央加快城镇化建设和社会主义新农村建设的步伐，地方城镇建设及村镇道路建设的步伐明显提速。地方城镇化建设（如道路修建、扩建等）不可避免地要涉及油田临近城区的井站、管网、油水井等设施的迁移。个别地方政府部门定下方案就要求油田执行，甚至不通气就进行施工作业，迫使油田改变原定施工井位或迁移井站、改建管网，打乱了油田原油生产布局，影响了原油开发生产的顺利进行，造成比较大的经济损失。

表3 五种方案的全部基线相对于整网基线解的相对精度比较(×10-8)

图5～图9为五种方案得到的站点坐标较差,图中横坐标表示所有的测站,站点按照字母先后顺序排序,纵坐标表示每个测站的均方根误差值,单位为mm. 其中,方案四更加接近于整网解算结果,且精度均匀、稳定、具有一致性,X方向上的点位较差在±1.5 mm内,Z方向上的点位较差在±2 mm内,Y方向上的较差在±2.5 mm内,方案一的点位较差在±4 mm内,其他方案的点位较差也在mm级,但差别较大,在±8 mm内。

表4为五种方案相对整网解算得到的站点坐标较差的统计值,包括各方向上较差的最大值、最小值、平均值和标准差。从该表中可以看出各方案的Y方向上的较差最大,方案四与整网解算的差异最小,平均值和标准差均最小,方案二的平均值的绝对值和标准差都最大。

表4 五种方案X、Y、Z方向上的坐标较差统计

在生成的文件中查看标准化均方根残差(NRMS)值,它是衡量 GAMIT 解算结果的一个重要指标,一般说来,根据国内外(GNSS)数据处理经验,其值应该小于 0.3,若值太大则说明处理过程中可能存在未完全修复的周跳,需要检查原因,重新处理基线[25]。本文算例中每种方案的每个子网的NRMS值均在0.18～0.20之间,基线解算成果的精度均匀合理。

表5为五种方案的各站点在各方向的中误差统计值,从表中可以看出各方案的各方向上的最大、最小和平均中误差差距不大,标准差很接近,都在1 mm以内,相对来说方案四的标准差最小,说明比较稳定。

表5 五种方案各个方向上的坐标精度统计

4 结束语

1) 无论使用哪种划分子网的方案,都能够提高解算效率。以本文为例,数据解算均在8G内存的Intel至强3.60 GHz台式电脑上进行。统计结果表明,采用划分子网的方式不仅能在时间和内存占用率上可以提高1.7～1.9倍的效率,而且解算精度上也与整网解算的精度在一个量级上,满足数据处理要求。所以在工程项目中,当软硬件条件不允许时,可以采用划分子网的方案,能有效的节约成本,提高工作效率。

2) 不管哪一种划分方案,利用GAMIT软件在对测站进行解算时,各方案相对整网中各基线的相对精度的最大差异在10-8量级上,平均差异在10-10量级上,说明各方案得到的基线解的精度与整网解算的精度相当。

目前桥吊装卸集装箱时桥吊的吊具和集装箱的对位主要通过人工来判断和操作，集卡司机只能凭人工经验停靠集卡，经常出现集卡和桥吊吊具之间装卸误差值较大，集卡司机不得不反复停靠集卡直到桥吊吊具能够进行装卸箱为止。这样依靠人工来判断的作业工艺存在作业精度不够高的弊端，同时集卡车辆的前后调整也浪费了时间，降低了集卡和桥吊的工作效率。此外，桥吊司机长期的“低头”作业，也给司机造成了职业安全危害。

3) 当基准站数目过多,可采用子网划分的方案,本文相对于整网解算,提出了五种划分子网的方案,解算精度都能达到mm级。对于坐标较差方面,采用南北划分的方案与整网解算结果更加接近,且精度均匀、稳定、具有一致性,点位较差在2.5 mm内。对于坐标精度方面,前四种划分子网的方案精度变化较为平缓,差不多是在同一波动范围内,Y方向的稍大于X、Z方向上的值,而采用按照接收机类型划分子网的方案虽然有一些站点解算精度很高,但是整体说来变化幅度很大,部分点的精度很低,综上所述,SDCORS采用南北划分子网的方案解算精度会更高。

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Sub-network Division Analysis in the High-accuracy Data Processing of SDCORS

ZHANG Qinghua1,GUO Jinyun1,ZHOU Changzhi2,JIANG Yingming1, ZHANG Haiping2

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China;2.ShandongProvincialInstituteofLandSurveyingandMapping,Jinan250102,China)

Based on the characteristics of SDCORS’s large quantity and complex network, five sub-network division schemes are proposed to process observation data of SDCORS using the GAMIT/GLOBK. The one-day result of the whole network solution scheme is served as a standard, and five sub-network division schemes are compared with the whole network solution scheme to choose the better one. Whether the scheme is in accordance with the direction (east-middle-west three sub-networks, south-middle-north three sub-networks, east-west two sub-networks, south-north two sub-networks) or according to the type of receiver to divide sub-network,the results showed that every scheme can improve efficiency and reach the level of mm accuracy. What’s more, comparing the baseline accuracy of each division scheme with the whole network solution scheme, the relative accuracy of the baseline may achieve10-8level, which can meet the requirement of high-precision measurement. The point difference was within 2.5mmwith the south-north sub-network division scheme, achieving the highest accuracy.

SDCORS; sub-network division scheme; data processing; network solution adjustment; scheme comparison

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.017

2016-06-30

国家自然科学基金(批准号：41374009); 山东省自然科学基金(批准号：ZR2013DM009); 公益性行业科研专项(编号：201412001); 国家科技基础性工作(编号：2015FY310200)

P228.4

A

1008-9268(2017)01-0082-08

张清华 (1994-),女,硕士生,主要从事空间大地测量等研究。

周长志 (1971-),男,工程师,主要从事大地测量方面的工作。

姜英明 (1991-),男,硕士生,主要从事空间大地测量等研究。

张海平 (1977-),男,主要从事CORS管理工作。

联系人： 张清华 E-mail: zhangqinghua923@163.com