趙慶海　陳永祥,2　朱　璇

1　西安測繪信息技術(shù)總站，西安市西影路36號(hào)，710054 2　大地測量與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢市徐東大街340號(hào)，430077

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基于相似變換法的CGCS2000骨架網(wǎng)精化

趙慶海1陳永祥1,2朱璇1

1西安測繪信息技術(shù)總站，西安市西影路36號(hào)，710054 2大地測量與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢市徐東大街340號(hào)，430077

摘要：利用GAMIT/GLOBK軟件，分別采用相似變換法和強(qiáng)約束法對(duì)擴(kuò)展后的260個(gè)CGCS2000骨架網(wǎng)點(diǎn)的GNSS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。按照3種方案進(jìn)行平差獲得站點(diǎn)在ITRF2008框架下的坐標(biāo)，結(jié)果得出，使用強(qiáng)約束法時(shí)，起算數(shù)據(jù)的約束不同會(huì)引起定位結(jié)果的差異，不恰當(dāng)?shù)募s束會(huì)造成精度的降低；相似變換法可以避免不恰當(dāng)?shù)募s束引起的網(wǎng)的變形和扭曲，且可靠性更高，其平均中誤差優(yōu)于1 mm。

關(guān)鍵詞：CGCS2000；骨架網(wǎng)精化；相似變換法；強(qiáng)約束法

中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)的25個(gè)GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站(CORS)構(gòu)成CGCS2000的基本骨架網(wǎng)。2011年后，中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(CMONOC)將連續(xù)運(yùn)行參考站數(shù)量擴(kuò)展到260個(gè)，可構(gòu)成CGCS2000的新骨架網(wǎng)。為引入高精度的基準(zhǔn)，在260個(gè)骨架網(wǎng)點(diǎn)解算時(shí)，通常采用強(qiáng)約束法[1-2]。采用強(qiáng)約束方法時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)選擇不適當(dāng)、基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)精度不太高、約束不當(dāng)、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量不好等因素都會(huì)造成網(wǎng)的變形和精度的降低[3-5]。為克服強(qiáng)約束法的不足，部分學(xué)者提出一種非基準(zhǔn)的方法[6-8]。這種方法保留了局部框架的本質(zhì)，避免了網(wǎng)的形變及扭曲[5-6]，稱之為相似變換法。本文基于GAMIT/GLOBK 軟件實(shí)現(xiàn)260個(gè)骨架網(wǎng)點(diǎn)的解算，采用相似變換法和強(qiáng)約束法，按照3種方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探討基準(zhǔn)的選擇對(duì)高精度GNSS網(wǎng)平差的影響。

1數(shù)據(jù)收集和質(zhì)量檢查

260個(gè)CORS站的分布見圖1。GNSS觀測數(shù)據(jù)從2011年積日100到2013年年積日365。

利用TEQC軟件對(duì)陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)260個(gè)CORS站全部觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、質(zhì)量檢查。使用數(shù)據(jù)有效率高于80%、接收機(jī)鐘的日頻穩(wěn)定性不低于10-8、Mp1<0.5、Mp2<0.5四個(gè)指標(biāo)，對(duì)260個(gè)CORS站觀測質(zhì)量較差的數(shù)據(jù)予以剔除。數(shù)據(jù)剔除統(tǒng)計(jì)見表1和圖2。

2數(shù)據(jù)處理策略

2.1子網(wǎng)劃分

GAMIT/GLOBK軟件計(jì)算是以d為單位，在實(shí)際計(jì)算中同步觀測點(diǎn)數(shù)超過60個(gè)時(shí)，計(jì)算時(shí)間將大幅度增加。因此數(shù)據(jù)處理中宜采用分區(qū)解算，同時(shí)為了使國內(nèi)CORS站網(wǎng)的h文件與全球h文件有較多的相同觀測站，每個(gè)分區(qū)應(yīng)加入6～9個(gè)國際IGS站觀測數(shù)據(jù)。采用按地理區(qū)域分區(qū)的方法，將260個(gè)基準(zhǔn)站分為6個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)平均46點(diǎn)，并使每個(gè)子網(wǎng)與鄰近子網(wǎng)有5～7個(gè)重合點(diǎn)。各子網(wǎng)中分別選取加入了中國大陸及周邊的19個(gè)IGS站：KIT3、SELE、NOVM、IRKJ、ULAB、YAKT、KHAJ、YSSK、DAEJ、SUWN、TWTF、PIMO、NTUS、CUSV、IISC、KUNM、LHAZ、GUAM、YIBL。各子網(wǎng)劃分如圖3所示。

2.2基線解算

基線解算主要策略如下：

1)采用IGS精密星歷，約束為10-8；

2)觀測值采用無電離層組合LC觀測值；

3)天線相位中心改正采用IGS05絕對(duì)模型；

4)采用BERNE太陽光壓模型；

5)采用IGS92地球重力場模型，計(jì)算地球?qū)πl(wèi)星非球形引力效應(yīng)模型的引力加速度，并顧及日、月引力影響；

6)大氣延遲模型氣壓和溫度采用標(biāo)準(zhǔn)氣壓和標(biāo)準(zhǔn)溫度；

7)大氣改正模型采用Saastemoinen模型及GMF映射函數(shù)，每2 h估計(jì)1個(gè)大氣延遲估計(jì)參數(shù)；

8)考慮相對(duì)論改正、固體潮改正、依賴于頻率的改正、極潮改正和海潮改正，潮汐改正使用IERS2004標(biāo)準(zhǔn)中的相應(yīng)改正模型；

9)周邊19個(gè)IGS站坐標(biāo)給予5 cm的約束，其他站坐標(biāo)給予100 m的約束。

2.3全網(wǎng)平差

選擇由IERS確認(rèn)的47個(gè)IGS核心站定義參考框架，這些核心站的坐標(biāo)和速度來自國際組織的公報(bào)。具體做法是將每天的多個(gè)單日松弛解和SOPAC產(chǎn)生的全球IGS跟蹤站的3個(gè)松弛解(higs1～higs3)按周進(jìn)行合并，得到1個(gè)包含全球分布的IGS站的松弛解GLX(周解)。將多年得到的GLX文件放在一起，再用GLOBK平差處理，得到多年解。采用如下3種方案進(jìn)行平差計(jì)算，以探討基準(zhǔn)選擇對(duì)網(wǎng)平差結(jié)果的影響。

方案A：采用相似變換法，將47個(gè)IGS核心站作為框架點(diǎn)，IGS站松約束為水平方向10 m、垂直方向10 m。

方案B：強(qiáng)約束47個(gè)IGS核心站水平方向0.01 m，垂直方向0.02 m。

方案C：強(qiáng)約束47個(gè)IGS核心站水平方向0.001 m，垂直方向0.002 m。

3數(shù)據(jù)解算和比較分析

3.1基線解算質(zhì)量分析

3.1.1單時(shí)段解的質(zhì)量分析

正?；木礁`差NRMS是衡量GAMIT解算結(jié)果的一個(gè)重要指標(biāo)，一般應(yīng)小于0.3，否則意味著還有周跳存在，或周跳與附加偏差參數(shù)有聯(lián)系，或測站坐標(biāo)誤差太大，或衛(wèi)星坐標(biāo)有問題?？刹捎米儞Q衛(wèi)星截止高度角、調(diào)整基線解設(shè)置參數(shù)、舍去觀測時(shí)間段和剔除含粗差的觀測數(shù)據(jù)等方法對(duì)相關(guān)天的基線解進(jìn)行精化處理。單日解NRMS統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

3.1.2多時(shí)段解的質(zhì)量分析

基線解的精度統(tǒng)計(jì)如表2所示。從表2可以看出，基線的相對(duì)精度最弱為7.85×10-7，平均為1.38×10-8。

3.2相似變換法精度統(tǒng)計(jì)

按相似變換法的方案A進(jìn)行平差，在計(jì)算中完成了3次迭代，按2σ限差去除POL2、KOKB、WTZR和SANT四個(gè)殘差較大的IGS站。平差后點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)如表3所示。

由表3可知，空間直角坐標(biāo)X分量的中誤差平均值為±0.2 mm，最大值為±1.3 mm；Y分量的中誤差平均值為±0.4 mm，最大值為±3.3 mm；Z分量的中誤差平均值為±0.3 mm，最大值為±2.1 mm。

3.33種方案的比較

為保證3種方案的一致，方案B與C約束時(shí)也去除了POL2、KOKB、WTZR和SANT四個(gè)IGS站。方案A和方案B平差結(jié)果較差見圖5。圖5中，X方向絕對(duì)值平均值為1.2 cm，Y方向絕對(duì)值平均值為0.3 cm，Z方向絕對(duì)值平均值為0.2 cm。兩種方案結(jié)果較為接近，精度都較高。

方案A與方案C的平差結(jié)果較差見圖6。由圖6可知，方案A和方案C平差結(jié)果較差X、Y、Z方向絕對(duì)值平均值分別為0.6 cm、6 cm、4 cm，這種差距在高精度定位中是不能接受的。方案C過緊的約束導(dǎo)致精度降低，方案B施加的1～2 cm的約束較方案C更為合理。在強(qiáng)約束平差時(shí)，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)施加的約束對(duì)平差結(jié)果影響較大，不能盲目地強(qiáng)約束基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)該在對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)精度足夠了解的情況下使用。

4結(jié)語

1)基于相似變換法對(duì)260個(gè)陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)CORS站數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果的平均中誤差優(yōu)于1 mm，實(shí)現(xiàn)了CGSCS2000骨架網(wǎng)的精化和維持，可作為其他GNSS觀測的新基準(zhǔn)。

2)相似變換法能避免不恰當(dāng)?shù)募s束引起的網(wǎng)的變形和扭曲，由于存在檢驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)可靠性的步驟，同時(shí)參與固定框架的基準(zhǔn)站也較多，削弱了個(gè)別站出現(xiàn)誤差對(duì)整網(wǎng)的影響，因此可靠性更高。

3)恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)約束法和相似變換法平差結(jié)果具有很好的一致性，但使用強(qiáng)約束法對(duì)起算數(shù)據(jù)的約束不同會(huì)造成定位結(jié)果的差異，不恰當(dāng)?shù)募s束會(huì)使精度降低，建議在對(duì)起算數(shù)據(jù)的精度有一定了解的情況下使用。

參考文獻(xiàn)

[1]唐穎哲,楊元喜,宋小勇. 2000國家GPS大地控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法與結(jié)果[J]. 大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2003,23(3):77-82(Tang Yingzhe, Yang Yuanxi, Song Xiaoyong. Adjustment Method and Result of ‘National 2000’ GPS Controletwork Network[J]. Crustal Deformation and Earthquake, 2003,23(3):77-82)

[2]李毓麟,劉經(jīng)南,葛茂榮,等. 中國國家A級(jí)GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和精度評(píng)估[J]. 測繪學(xué)報(bào), 1996, 25(2): 81-86(Li Yulin, Liu Jingnan, Ge Maorong, et al. Data Processing and Precision Evaluation on Chinese A-Network[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 1996, 25(2): 81-86)

[3]肖玉鋼,劉鴻飛,王崢. GNSS網(wǎng)參數(shù)估計(jì)中基準(zhǔn)定義方法研究[J]. 大地測量與地球動(dòng)力學(xué), 2012, 32(4):79-82(Xiao Yugang, Liu Hongfei, Wang Zheng. Research on Datum Determination in Parameter Estimation of GNSS Network[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2012, 32(4):79-82)

[4]孟國杰,趙承坤,顧國華, 等. 不同約束對(duì)GPS觀測網(wǎng)平差結(jié)果的影響[J]. 地殼形變與地震, 2001, 21(1):35-41(Meng Guojie,Zhao Chengkun,Gu Guohua, et al. Effect of Different Constraint to Adjustment of GPS Monitoring Network[J]. Crustal Deformation and Earthquake, 2001, 21(1): 35-41)

[5]劉光明,魏子卿,唐穎哲,等. 維持中國地心坐標(biāo)系的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)處理[J]. 測繪科學(xué), 2008, 33(4):35-38(Liu Guangming, Wei Ziqing, Tang Yingzhe, et al. Data Processing of Maintaining Geocentric Coordinates System in China[J]. Science of Surveying and Mapping, 2008, 33(4): 35-38)

[6]Heflin M B,Bertiger E I,Blewitt G, et al. Global Geodesy Using GPS without Fiducial Sites[J]. Geophysical Research Letters, 1992, 19(2):131-34

[7]秘金鐘,李毓麟,孫占義,等. “非基準(zhǔn)方法”及其在區(qū)域性地殼形變研究中的應(yīng)用[J]. 測繪科學(xué), 2002, 27(3):44-48(Bei Jinzhong, Li Yulin, Sun Zhanyi, et al. The Theoritical and Applying Analysis of “Non-fiducial Method”on Regional Network Monitoring Research[J].Science of Surveying and Mapping,2002,27(3):44-48)

[8]王敏,張祖勝,許明元,等. 2000 國家GPS 大地控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和精度評(píng)估[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 2005, 48(4):817-823(Wang Min, Zhang Zusheng，Xu Mingyuan, et al. Data Processing and Accuracy Analysis of National 2000 GPS Geodetic Control Network[J].Chinese Journal of Geophysics, 2005, 48(4): 817- 823)

Foundation support:Open Fund of State Key Laboratory of Geodesy and Earth’s Dynamics, No.SKLGED2014-3-6-E;Open Fund of State Key Laboratory of Geographic Information Engineering，No.SKLGIE2015-M-1-2.

About the first author:ZHAO Qinghai, senior engineer, majors in GNSS data processing, E-mail:zqh64@163.com.

The Refining of the Skeleton of CGCS2000 Based on Similarity Transformation Method

ZHAOQinghai1CHENYongxiang1,2ZHUXuan1

1Xi’an Technical Division of Surveying and Mapping, 36 Xiying Road, Xi’an 710054, China 2State Key Laboratory of Geodesy and Earth’s Dynamics, 340 Xudong Street, Wuhan 430077, China

Abstract:In this paper, the similarity transformation method and the strong constraint method are used in processing the extended 260 CGCS2000 skeleton points with the GAMIT/GLOBK software. Coordinates of stations in the ITRF2008 are obtained through adjustment calculation adopting three schemes. The comparison result of the three schemes shows that different constraints on the original data will result in different positioning precision, and that inappropriate constraints may lead to network deformation and distortion with the strong constraint method. The similarity transformation method is more reliable and can avoid the above-mentioned problems. Its average mean square error is less than 1 mm.

Key words:CGCS2000; refining of skeleton; similarity transformation method; strong constraint method

收稿日期：2015-06-17

第一作者簡介：趙慶海，高級(jí)工程師，主要從事GNSS數(shù)據(jù)處理研究，E-mail:zqh64@163.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.06.019

文章編號(hào)：1671-5942(2016)06-0552-04

中圖分類號(hào)：P207

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

項(xiàng)目來源：大地測量與地球動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(SKLGED2014-3-6-E)；地理信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(SKLGIE2015-M-1-2)。