基于CORS单基站的实时降水预报研究

司海燕+刘妍+曹先革+杨金玲

摘 要 随着GPS技术的发展，CORS单基站逐渐应用于测量领域，在空间测绘数据信息采集和信息处理过程中起着不可取代的重要作用，本文基于CORS单基站的视角对大气降水相关的形成和实时预报进行了进行分析研究，希望对CORS单基站测量有更深的了解，有助于CORS相关技术应用于更多领域。

关键词 CORS单基站；实时降水；测量；分析

中图分类号 P4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）12-0003-02

1 CORS单基站概念及特点

1.1 CORS单基站概念

CORS单基站就是只有一个连续运行站。类似于一加一的RTK，只不过基准站由一个连续运行的基准站代替，基站同时又是一个服务器，通过软件实时查看卫星状态、存储静态数据、实时向Internet发送差分信息以及监控移动站作业情况。移动站通过GPRS、CDMA网络通讯方式与基站服务器进行通讯。

1.2 单基站的特点

1.2.1 投入较少

随着南方单/多基站技术的成熟，只要较少的投资即可在一个中小城市建立一个或多个CORS基站，满足当地测量用户不同层次空间信息技术服务的需要：基站所在城区及近郊区、城市进出口主要交通沿线，以及以基站为中心30km范围内区县城镇城乡地区实现快速厘米级实时定位及事后差分。

1.2.2 随时可以升级和扩展

单基站系统可以随时增加新的基站，加大实时RTK作业的覆盖区域，一旦建立网络CORS系统的条件成熟，只要进行系统软件的升级，花费不大的投资，单基站CORS或多基站CORS系统即可轻松地升级成网络CORS系统。

1.2.3 数据可靠、稳定、安全

基站连续观测，静态数据全天候采集，点位精度高，数据稳定；用户登录采取授权方式，数据中心可以管理登录用户，数据安全性高。

1.2.4 作业范围广

目前基于南方单基站的RTK作业半径已经扩大到40km，能够实现快速厘米级实时定位及事后差分，利用GPRS/CDMA进行50km左右RTK测试成功案例也已经屡见不鲜。

1.2.5 施工周期短

单参考站技术经过实践表明它是一种比较成熟的技术，从方案落实开始采购设备，安装调试，到验收运行整个周期1个月以内。

2 降水的形成和预报

2.1 降水的形成

降水的形成过程，就是云滴增大成为雨滴、雪花或冰雹的过程。从地球表面蒸发上升的水汽，借助大气环流的输送而扩散到全球各地，成为大气中的水汽来源。空气容纳水汽量的多少，随气温高低而变化；气温越高，空气中容纳的水汽量就越多；反之越少。在一定温度下，当空气不能再容纳更多水汽时，就成为饱和空气。在自然界中，空气上升而冷却，促使空气达到过饱和，是大气中水汽凝结的主要方式。不过，大气中水汽凝结，还必须有吸湿性强的微粒作为凝结核，才能使水汽在凝结核表面凝结，成云致雾。降水时，天空中必定有云，但有云时却未必降水。这是因为云中的云滴、冰晶的体积太小，不能克服空气的阻力和上升气流的顶托而悬浮在空中。只有当云继续上升冷却，或者有水汽不断输送到云中，使云滴不断增大，以致上升气流顶托不住时，才会从云中降落下来，形成雨、雪、雹等降水。

2.2 降水預报与实时降水

降水预报就是应用大气变化的规律，根据当前及近期的降水形势，对某一地未来一定时期内的降水状况进行预测。它是根据数据信息对卫星云图和降水图的分析，结合有关气象资料、地形和季节特点、群众经验等综合研究后作出的。实时降水就是对某一地区短时间可以选择选择时间（每日，一天两次，四次，每天，每小时）动态显示降水情况并对根据降水数据变化规律进行降水的及时预报。

3 CORS单基站GPS数据的获取与处理

3.1 IGS站的选择及数据获取

IGS是 International Gnss Service的简称，是分布在全球的200多个左右的永久性GPS跟踪站和多个数据中心组成的服务机构，提供所有GPS卫星的高精度轨道参数、地球自转参数、跟踪站的坐标及运动速率等参数，以及这些跟踪站每天的RINEX 格式观测数据文件，这些全球分布的永久性GPS跟踪站就称为IGS站。通过对大量文献的研究，发现对于100km内的小区域GPS网，使用GAMIT软件处理GPS观测数据，最好选取IGS站为区域网提供参考框架；同时对小区域的GPS形变监测网选取4～7个IGS站就比较合适，解算结果的精度可以达到毫米级要求，IGS站并不是数量上一定要多，但空间分布要尽量均匀，测站的近似坐标尽量准确。

3.2 CORS数据的预处理

首先了解观测地区的CORS系统的运营基本状况，系统中包含多少个参考站和多少个数据中心，还要具体了解参考站的具体位置和数据采集状况，了解地区的网络覆盖情况。然后讲这些数据进行汇总处理。

然后，要对CORS数据进行格式转换，将Trimble的原始数据T01格式利用转换软件转换成dat格式数据，然后由dat数据转换成rinex格式，年积日261～290天共30天的数据共150个o文件。由于初始转换后的rinex格式文件头不标准，主要表现在o文件的表头中，天线类型和天线名称不规范，由于文件很多，就需要利用TEQC软件进行修改，修改为GAMIT软件station.info表中所列的天线类型，并利用TEQC软件进行了全面检查。

3.3 数据计算

以上数据准备充分后，正确地对软件的运行参数进行详细、正确的设置，准确无误的操作然后进行基线的解算、PWV提取计算等操作，才能顺利使用GAMIT软件得到想要的结果，并能使计算的结果满足精度要求。

3.4 数据输出与展示

气象数据和IGS数据的获取方法及预处理，并根据理论公式分别对探空资料、地面气象资料、CORS数据计算了大气水汽含量，根据探空资料计算了该地区的加权平均温度得到公式，并替换了GAMIT软件中默认

公式。

模型计算的原始输出一般要经过加工处理后才能成为天气预报。这些处理包括使用统计学的原理来消除已知的模型中的偏差，或者参考其他模型计算结果进行调整。

综上所述，CORS单基站通过GPS实施对大气降水的实时监控和预报，已经成为有效地补充了常规大气水汽的探测方法的重要方式，在分析水汽和降水、气象研究方面有着重大意义。

参考文献

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