基于ITRF05框架下鄭州市連續運行參考站分析與研究

張明,王瑞青(鄭州市規劃勘測設計研究院,河南鄭州 450052)

基于ITRF05框架下鄭州市連續運行參考站分析與研究

張明?,王瑞青
(鄭州市規劃勘測設計研究院,河南鄭州 450052)

摘 要:通過對鄭州市連續運行參考站兩年(2012．01～2013．12)觀測數據的處理與分析,得到重復性隨基線長度增加而增大;參考站網在ITRF05框架下相對于IGS跟蹤站水平方向整體向東南移動,平均位移量3．1 cm;垂直方向部分下沉,下沉量最大3 cm;鄭州市域地殼運動方向與華北板塊一致。

關鍵詞:鄭州CORS;重復性分析;穩定性分析速度場分析

1　概 況

鄭州市連續運行參考站系統是鄭州市空間地理信息數據采集的主要技術手段,城市環境的復雜性,季節交替,板塊運動都會使連續運行參考站穩定性受到一定的影響,給城市測繪帶來一定程度的干擾;因此、定期收集參考站數據,對參考站系統進行定性分析、定量研究是保證參考站系統正常運行的關鍵。鄭州市目前有7個連續運行參考站,6個為屋頂型觀測墩,1個為土層型觀測墩(ZZXZ);覆蓋鄭州及其東部5 000多平方千米的區域。

2　數據整理及預處理

本次分析收集2012年和2013年兩年的原始觀測數據文件、精密星歷文件及相關的表文件,考慮到數據的相關性、相似性,每隔14天提取1天的年積日數據文件;聯測國內5個位置和速度已知的IGS跟蹤站(BJFS、SHAO、WUHN、KUNM、URUM),共12個參考站,采用無電離層影響模型和對流層分段線性估計模型;把鄭州市7個連續運行參考站納入ITRF05框架中;獲得鄭州市GNSS定位綜合服務系統各參考站連續運行結果。

3　指標分析

NRMS是衡量精密數據處理軟件(gamit/ globk)多基線解的一個重要指標,各時段的單天解NRMS如圖1所示,最小值為0．143 68,是2014年第183天,最大值0．198 29,2014年第169天,平均值是0．180, NRMS小于0．3;周跳得到了很好的修復,寬巷和窄巷模糊度得到了很好的固定;各時段基線解算結果良好;滿足基線解算質量評定要求。

圖1　各時段單天解NRMS

重復性指標反映多時段解的基線離散程度,對于無系統性誤差的解算基線,一般在真值附近擺動,重復性值越小,基線收斂結果越好,反之越差;重復性計算是衡量基線解算結果的重要指標。是衡量基線解算質量的又一標準。

表1給出基線N,E,U,L重復性的最大值和最小值,最大值0．030 756,最小值0．000 739,基線解算過程中,由于彌散性誤差和非彌散性誤差及其他沿傳播方向的誤差對高程的影響遠大于水平方向影響,因此高程方向的重復性一般要大于其他方向的重復性。

重復性統計值 表1

為了更充分說明重復性和基線關系,按照公式: δ=a+bx

重復性是基線的一次函數。其中δ、a、b、x分別為重復性、固定常數、比例系數、基線長度。各方向的固定常數都在毫米級,比例系數達10-8量級,且重復性隨著基線長度增加而增大。圖2反映擬合直線與每條基線重復性關系。

擬合后的點在直線附近擺動,按照不小于2σ限差要求,每條基線重復性滿足限差要求。單天解精度高。

圖2　重復性與基線之間關系

4　時間序列分析

4．1水平分析

7個連續運行參考站水平方向1年內隨時間和季節呈周期性變化,8月份變化達到最大值;2月份達到最小值;ZZXZ站觀測墩采用鋼筋混凝土澆注,深入地面以下3 m,受季節性及環境影響小,周期性變化最小;其余屋頂型觀測墩易受建筑結構影響,變化較大。參考站水平方向出現了一定位移,2012年12月～2013年1月,整網相對ITRF05框架下的IGS跟蹤站:東方向出現了平均3 cm左右的位移;北方向出現平均0．5 cm的位移(如圖3、圖4所示)。

圖3　ITRF05框架下參考站E方向時間序列圖

圖4　ITRF05框架下參考站N方向時間序列圖

4．2高程分析

高程方向也出現了周期性的變化;受地勢環境的影響,各參考站高程相對于IGS跟蹤站變化差異較大; ZZXZ站變化較小;基本無變化;滿足建網初期設計高程年變化〈2 mm/ a的要求;ZZDX站隨時間出現逐漸下沉趨勢,年下沉量達3 cm,YMHZ站下降2 cm;其余參考站下沉趨勢不顯著。ZZDX站和YMHZ站處于黃河腹地;屬于黃土高原,地質條件差;近些年鄭州市城市建設快速發展;城市人口增加;過度使用地下水;使得曾經以灌溉為主的農田;成為增加人口的居住區;因此地面下沉符合實際情況。其余參考站變化平穩,如圖5所示。

圖5　ITRF05框架下參考站H方向時間序列圖

5　速度場分析

約束5個IGS跟蹤站,引入跟蹤站速度場,對各時段的基線結果文件(hfile)進行卡爾曼濾波,得到各參考站在ITRF05框架下的速度場,如表2所示。

各參考站速度場及其精度 表2

各參考站水平方向出現向東南方向運動趨勢,東方向, ZZDX站運動最快,速率34．74 mm/ a +5．67 mm/ a;平均速率32．81 mm/ a+5．38 mm/ a;北方向, ZZDJ站運動最快,速率達3．53 mm/ a +4．28 mm/ a,向南運動;平均速率2．61 mm/ a +5．32 mm/ a;垂直方向,各參考站出現下沉趨勢, ZZDX下沉最快,速率達52．14 mm/ a +9．28 mm/ a; YMHZ速率43．2 mm/ a +8．64 mm/ a平均速度31．54 mm/ a+9．14 mm/ a;整網運動方向與華北板塊一致。參考站運動方向如圖6所示。

圖6　鄭州CORS速度場(綠色為水平方向;紅色為垂直方向)

6　結　論

在ITRF05框架下,對鄭州市連續運行參考站分析;研究參考站網基線解算質量,參考站間相對位移和絕對位移,鄭州市域地殼運動狀況,確定更新參考站網基準的時間,鄭州市板塊運動趨勢,為城市規劃、交通、測量提供良好的地質環境和高精度的測繪基準,都有重要意義。

分析顯示:各參考站出現了不同程度的變化,是否更新參考站坐標以及更新坐標前后,播發的差分改正數對測量外業的影響及影響程度、測量外業成果與現有的成果的矛盾等需做進一步測試。

參考文獻

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Continuous Operation Reference Station of ZhengZhou Urban of the Analysis and Research Within the Framework(ITRF05)

Zhang Ming,Wang Ruiqing
(Zhengzhou Urban Planning Design & Survey Research Institute,Zhengzhou 450052,China)

Abstract:Through the continuous operating reference station of zhengzhou city two years(2012．01 2013．12)observation data processing and analysis,get repetitive increases with increasing baseline length;Reference station network in ITRF05 within the framework of overall to southeast direction of movement relative to the IGS tracking station level,the average displacement 3．1 cm;Vertical part sinking,sinking quantity biggest 3 cm;Zhengzhou city region crustal movement direction is consistent with the north China plate．

Key words:zhengzhou cors;Repetitive analysis;Stability analysis;Velocity analysis

文章編號:1672-8262(2015)04-86-04中圖分類號:P228．4

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—04—02

作者簡介:張明(1982—),男,工程師,主要從事GNSS精密定位技術研究、GNSS數據處理、CORS系統管理應用及開發。