陆态网数据处理与历元参考框架的实现研究

2022-09-01姚向东张金峰

大众标准化 2022年16期

姚向东，张金峰

（1.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃煤田地质局综合普查队，甘肃天水 741000）

随着GNSS技术的进一步发展与连续运行参考站的建设，给大型GNSS网数据处理带来了很多新的挑战。主要在数据的预处理、基准选取、处理策略、质量控制等方面。高精度的GNSS数据处理成果为大地测量、地壳运动、全球变化的研究提供基础数据，也是构建高精度参考框架的基础。

目前，参考框架按照其维持方式分为长期框架和短期框架，短期框架也称历元地球参考框架，是国际地球参考系（International Terrestrial Reference System，ITRS）短期实现，其框架点的坐标包含了非线性运动，几乎接近站点的真实位置。长期框架主要有国际地球参考框架（International Terrestrial Reference Frame，ITRF）等，是ITRS的长期实现，主要是采用框架点位置和速度来维持的。但是由于未考虑站点的非线性运动等因素造成建模存在偏差，因此采用速度推算的位置随着时间的推移造成精度的下降，推算的坐标并非站点的真实位置。我国采用的CGCS2000框架是基于ITRF97框架在2000历元下建立的，属于静态框架，与当前的框架如ITRF2014之间存在一定的差异。文章以陆态网数据为例，采用GAMIT软件对GNSS数据的预处理、数据处理策略、质量控制等方面进行探讨；结合陆态网的高精度的数据处理成果，着重讨论了历元参考框架的实现及其结果分析，为GNSS数据处理和框架维持提供一定的参考。

1 数据解算策略

中国地壳运动观测网络（crustal movement observation network of china，CMONOC）是一个综合性、多用途的连续运行基准络，简称陆态网，为我国地震监测和地壳运动研究提供数据，由均匀分布在全国的260多个站组成。数据处理主要包含数据的预处理、站点分区、框架点选取、基线解算参数设置、基线解算质量控制、平差参数设置、平差成果质量控制等。

1.1 站点分区

陆态网单日数据处理阶段，由于受到GIMIT软件处理测站数与处理效率限制，且兼顾精度要求，需对数据进行分区处理。

根据文献采取“间距分区法”对站点进行分区，将陆太网的数据分为5个区。保证每个分区的站点位置大致均匀分布。

1.2 框架选取

框架站采用我国区域周边IGS站和陆态网测站，IGS站从98个全球框架点中选取14个站，选取主要考虑到站点在中国周边分布的均匀化原则。陆态网测站选取是主要考虑站点的观测数据量、观测精度、站点稳定性、站点分布的均匀化等原则。

1.3 基线解算参数设置

基线解算主要的参数设置见表1。

表1 基线解算参数设置

1.4 整网平差

陆态网基准站的数据平差步骤为：利用GLOBK软件将5个分区单日松弛解h文件，以公共站点和卫星为公共参数进行合并，得到一个包含所有IGS测站、陆态网测站、极移和卫星参数的h文件。然后进行整网平差，平差主要的参数设置见表2。

表2 平差主要的参数设置

2 结果分析

单日解算质量可以通过归化的均方根值来评价，即NRMS。通常认为NRMS为0.25周时，表明解算结果较合理。NRMS过小，表明解算时给予的约束松；NRMS大于0.5，表明解算时可能有整周模糊度固定错误或存在其他模型参数解算错误等问题。因此，通过分析NRMS可以有效检测解算结果的准确性。NRMS统计情况如下图1：值在0.14～0.19之间分布，表明基线解算精度符合要求。

图1 基线解算nrms精度统计分布

图2～图4为平差后的站点坐标在NEU三个方向上的精度统计，在N方向上0～1 mm的区间上统计频率为100%，在E方向上0～1 mm的区间上统计频率为99%、1～2 mm的区间上统计频率为1%，在U方向上0～1 mm的区间上统计频率为97%、1～2 mm的区间上统计频率为2%，2～3 mm的区间上统计频率为1%。

图2 站点在N方向上的精度统计

图3 站点在N方向上的精度统计

图4 站点在N方向上的精度统计

3 基于陆态网的历元参考框架实现

下面以测站GDSG为例，时间为2015年1月1日至2015年12月31日，1年的数据，来进一步分析历元参考框架。历元间隔分别为周、两周、月，分析测站周解和两周解、月解在N、E、U方向上的时序图，测站存在一定的运动趋势，详见图5～图7。

图5 GDSG测站周解在NEU方向上的时序图

图7 GDSG测站月解在NEU方向上的时序图

图6 GDSG测站两周解在NEU方向上的时序图

图5～图7表明历元地球参考框架下的框架点能够更好地监测站点运动，近实时表达站点的真实位置及其变化。这对于研究短时间尺度上的变化无疑是至关重要的，而在长期框架下这些非线性运动被抑制，而在历元地球参考框架中真实的表现出了测站的运动。历元参考框架的建立中在一个历元间隔内测站的位置不发生变化，7天、14天、28天间隔的历元参考框架都能够很好地描述站点运动；7天解能够表达站点更为精细的运动，而到28天解中这些运动将被抑制。