CORS基準站的穩定性分析與研究

羅 峰

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

0 引 言

隨著CORS應用領域的不斷發展和在一些高精度測量領域的應用，其穩定性越發顯得重要[1]。廣州CORS系統作為廣州市地理空間框架的重要基礎設施之一，一方面可建立和維持廣州地區高精度三維基準，為經濟建設提供精確的定位、定向服務，為區域地球動力學和運動學等基礎學科研究提供精確參考基準；另一方面向廣州區域內的網絡RTK用戶提供精確的實時三維定位服務。

廣州市地處中國大陸南部，屬丘陵地帶，地勢東北高，西南低，北部和東北部是山區，中部是丘陵、臺地，南部是珠江三角洲沖積平原。地理位置特殊，地質情況多樣，地下和地殼活動復雜，特別是地表沉降導致的CORS基準站點的位移尤其需要引起重視。

基于以上原因，對廣州CORS系統基準網進行穩定性監測和數據處理分析具有重要意義。在穩定性分析過程中，涉及到兩個層次的聯測分析，一個是大范圍與周邊IGS跟蹤站的聯測，一個是區域內基準站網自身的穩定性監測，本文重點對廣州CORS基準站網內部的穩定性進行了分析和研究。

1 廣州CORS情況

廣州市連續運行衛星定位城市測量綜合服務系統(GZCORS)于2006年建設完成，基準站網由8 個在廣州市域范圍內均勻分布的基準站(從化站、呂田站、花都站、增城站、五山站、番禺站、永和站、萬頃沙站)以及1個GPS 監控站(規劃院站)組成,如圖1所示，其中有5個是基巖點[2]。系統投入使用以來，已經在廣州市城市規劃、市政建設、基礎測繪、工程測量、氣象監測等部門得到了廣泛應用。

圖1 廣州CORS網

廣州CORS系統建設較早，當時還沒有相關技術規范對CORS網的穩定性分析提出相關的規定。2010年，發布了《衛星定位城市測量技術規范 CJJ/T73-2010》為行業標準，其中規定了應定期對CORS網進行解算分析，解算周期不應超過一年[3]。

GZCORS系統從2006年建設至今，已運行超過7年多時間。8個基準站，每天24 h運行，觀測數據采樣間隔為15 s，每年的數據量超過30 G.到目前為止，GZCORS系統存儲的數據到達190 G.有了一定的數據基礎，可以進行穩定性分析。

2 廣州CORS穩定性分析

廣州CORS基準站網穩定性分析的流程，主要包括數據整理準備、基線解算、平差計算、穩定性分析等步驟，最后建立CORS基準站在ITRF93框架(1996.365歷元)下的位移變化率以及坐標時間序列，分析CORS基準站的穩定性。穩定性分析的流程如圖2所示。

1) 數據整理準備

考慮到板塊運動的影響，數據解算不引入IGS站[4-6]，只對8個基準站的數據進行聯合處理，并在原有坐標基準(ITRF93框架)下平差計算考查基準站之間的穩定性。

圖2 穩定性分析流程

前期的數據準備需要：基站的靜態數據(RINEX數據)、相應的廣播星歷(brdc文件)、相應的精密星歷(SP3文件)。

RINEX數據(8期數據)：GZCORS系統共8個基準站，數據采樣率15 s，觀測時間24 h，GZCORS基準站的天線為TRM41249.00型，接收機為TRIMBLE NETRS類型，天線高為量測到天線參考點的垂直高(基準站的天線高均為零),每一期的數據為6月的30天的靜態數據。

2) 數據質量分析

在數據處理前，采用美國衛星導航系統與地殼形變觀測研究大學聯合體(UNAVCO)研制的數據轉化、編輯和質量檢測軟件(TEQC), 對GPS數據質量進行分析，獲取觀測時段內GPS數據的電離層延遲、多路徑影響、接收機周跳、衛星信號信噪比等信息，如圖3所示。

圖3 teqc分析得到的觀測數據質量匯總信息

通過選取8期數據的相同年積日數據進行分析統計，得到相同基準站數據在各期的多路徑影響情況，對其中呂田站和五山站進行分析，得到圖4的統計結果，MP1為0.3 m左右，MP2在0.5 m以下，表明兩個基準站周邊的觀測環境良好沒有發生大的變化。

圖4 呂田站和五山站多路徑效應情況(a)呂田站;(b)五山站

3) 基線解算

基準站數據處理采用GAMIT進行基線解算，解算以同步單天時段為單位進行，每個時段求解時，主要考慮因素：衛星鐘差的模型改正；接收機鐘差的模型改正；電離層折射影響；對流層折射的模型及折射量偏差參數的求解；衛星和接收機天線相位中心改正；測站位置的潮汐改正；衛星軌道改進中使用的力模型，求解衛星軌道初值和光壓參數；截止高度角(設置為15°)；采樣間隔為30 s；衛星軌道誤差。

4) 平差計算

平差計算采用武漢大學GNSS中心編制的POWERNET科研版軟件進行平差處理。在平差計算之前首先對各期基線向量的重復性進行統計，其反映了基線解的內部精度，是衡量基線解質量的一個重要指標。整網的重復精度可用固定誤差和比例誤差兩部分表示，即

σ=a+bl，

(4)

式中：σ為分量的重復性精度指標；a為分量的固定誤差；b為相對誤差;l為基線的長度，由分量的重復性進行固定誤差與比例誤差的直線擬合得到。8期數據的每期數據都有28條重復基線，最長為130.8 km，最短為24.1 km，平均長度為54.2 km，各期的整體重復性精度統計如表1所示。

表1 基線向量重復性統計表

表明各期的基線計算情況良好，其中水平方向的精度明顯優于垂直方向的精度。其中長度方向的平均固定誤差為2.3 mm，比例誤差-0.2 ppm.按CJJ/T73-2010《衛星定位城市測量技術規范》[7]的要求，對于CORS網，其固定誤差≤ 5 mm，比例誤差要≤1 ppm，由此可見，廣州CORS網各期的基線處理的精度達到了規范的要求，可以進行平差計算。

5) 穩定性分析

在得到廣州CORS站點坐標時間序列前，首先應選定CORS網中相對穩固的站點作為參考點。其中CORS基準值中5個是基巖點，通過分析五山站和街口站作為基巖站，穩定可靠。可以作為參考站點進行約束處理。通過平差后得到各站點的大地坐標，通過高斯投影得到各點的平面坐標。圖5示出了第二期后的各期成果與第一期(2006)的坐標較差情況。

圖5 各期與第一期(2006)的坐標較差情況(a)沙頭站； (b)新華站；(c)橫瀝站； (d)荔城站； (e)永和站； (f)呂田站

在平面上， 6個站點均有變化，在X方向上，變化最大的點位是沙頭站，往北方向移動8.0 mm，最小變化的是橫瀝站，往南方向移動約1.0 mm；在Y方向上，變化最大的點位是新華站，往東方向移動5.0 mm，最小變化點是永和站，往東方向移動1.0 mm；其他點均有大小不同的移動趨勢。

在大地高方向上，6個站點均有沉降變化。沉降最大的點位是沙頭站，達到45 mm，其他基準站均有不同程度的周期性波動，總體趨勢是沉降的。

3 結束語

CORS基準站網的穩定性受該地區地質構造，地殼運動，大氣層變化，衛星接收設備的穩定性等多種因素的影響[8-10]。通過廣州CORS系統穩定性監測的數據處理與分析，表明CORS系統各基準站都存在不同程度的位移和沉降,其中沉降最大的點位是沙頭站，達到45 mm. 根據《衛星定位城市測量技術規范》的要求，對于高程變化超過3 cm的基準站需要對其坐標進行修正。以確保系統滿足網絡RTK系統對參考站坐標精度的要求[9]。另外，本文所提出的利用CORS系統進行區域三維基準維持以及CORS系統穩定性分析的方法，是可行的。隨著以后觀測數據的增多，基于CORS系統的城市坐標基準維持與穩定性分析應按照合適的周期進行，用時間序列的分析方法做進一步的研究，并注意不同周期之間季節溫差變化，采取合適的方法避免或減小其對大地高的影響。

[1] 李江衛, 肖建華, 王厚之, 等. 城市坐標基準維持數據處理與穩定性分析研究[J]. 城市勘測, 2010(1) 45-48.

[2] 楊 光, 方 鋒, 祁 芳. GZCORS 系統的建設與應用[J]. 地理空間信息, 2007, 5(3): 20-22.

[3] 衛星導航定位新技術及高精度數據處理方法[M]. 武漢：武漢大學出版社, 2009.

[4] 蘭孝奇, 葛恒年, 李迎春. GPS 城市地殼變形監測網的數據處理及精度分析[J]. 測繪工程, 2005, 14(4): 27-29.

[5] 梁偉鋒. 華北 GPS 網 GAMIT 計算結果與 IGS 站選取的關系探討[J]. 測繪工程, 2002, 11(4): 55-58.

[6] 鄂棟臣,詹必偉,姜衛平,等. 應用 GAMIT/GLOBK 軟件進行高精度 GPS 數據處理[J]. 極地研究, 2005, 17(3): 173-182.

[7] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 衛星定位城市測量技術規范CJJ/T73-2010[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.

[8] 李延興, 胡新康, 趙承坤. GPS 監測網數據處理方案研究[J]. 測繪學報, 1999, 28(1): 62-66.

[9] 蔡瑞斌. CORS 基站網穩定性監測的數據處理實踐[J]. 城市勘測, 2011(3): 29.

[10] 蔣志浩, 張 鵬, 李志才, 等. 我國 GPS 跟蹤站在汶川地震前后的運動特征分析[J]. 全球定位系統, 2008, 33(5): 6-10.