cors系统稳定性监测数据处理与分析报告

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1、WHCORS 系统稳定性监测数据处理与分析报告 WHCORS 系统稳定性监测数据处理与分析报告 一、概述 一、概述 WHCORS 系统基准站，作为武汉地区最高精度等级的三维基准控制点，对其 进行周期性的稳定性监测和分析具有以下重要意义： 高精度长期稳定的地区参考框架的建立和维持， 不仅可为武汉市国防和经 济建设提供精确的定位、定向服务，而且是开展区域地球动力学和运动学等基础 学科研究的极其重要的参考基准。 维持武汉地区动态参考框架与 2000 国家大地坐标基准的一致和统一。 向武汉地区网络 RTK 用户提供精确的实时三维定位服务。 WHCORS 系统自 2005 年 6 月建立至今先后进行了两

2、次较大规模的联测，一次 是 2005 年 6 月 16 日至 18 日建立之初的联测，本次联测只进行了与 IGS 武汉站 的联合数据处理，三维约束平差采用 WUHN（IGS 武汉站） ，参考框架为 ITRF2000 框架、2005.168 瞬时历元；一次是 2006 年 12 月 9 日至 11 日和 2007 年 1 月 9 日至 11 日武汉市现代测绘基准体系框架网联测，与国内外 8 个 IGS 跟踪站进行 了联合处理，约束平差采用 WUHN（IGS 武汉站） 、SHAO（IGS 上海站） 、BJFS（IGS 北京站） ，参考框架为 ITRF97、2000.0 历元，该参考框架与 2000

3、 国家大地坐标 基准一致。 为维持我市三维地心参考框架，并对 WHCORS 系统基准站进行稳定性评估与 分析，2008 年 6 月 1 日至 4 日，进行了 WHCORS 系统稳定性监测。本次监测与上 两次监测的时间跨度基本一致，即约 1.5 年/次，联测和三维约束处理的 IGS 站 为 WUHN（IGS 武汉站） 、SHAO（IGS 上海站） 、BJFS（IGS 北京站） ，分别进行了 ITRF2000、2008.156 和 ITRF2005、2008.156 两套瞬时框架的约束处理。 本次 WHCORS 系统稳定性监测数据处理的目的主要有以下几点： 通过前后三次数据处理分析， 对 WHCO

4、RS 系统各基准站的稳定性进行评估。 建立 WHCORS 系统各基准站 ITRF2000、ITRF2005 框架下的速度场。 建立 WHCORS 系统周期性监测机制， 探索 CORS 系统稳定性监测数据处理与 分析方法。 为武汉市中心城区地面沉降监测项目提供区域基准监测与分析数据。 二、数据采集 二、数据采集 1 本次 CORS 监测网由 15 点组成，其中 WHCORS 站 7 点（包括鄂州基准站） 、B 级框架点 5 点、IGS 站 3 点（WUHN、SHAO、BJFS） ，详见附图一。需要进行外业 观测的点有 5 点， 分别位于孝感市 （B002） 、 黄陂横山 （B003） 、 新洲徐

5、古 （B006） 、 新洲双柳（B008） 、江夏贺胜桥（B012） 。另外，武汉市中心城区地面沉降监测项 目基准点 2 点（分别位于长江二桥 DQBM 北和白沙洲大桥 BSZQ）与 CORS 系统稳 定性监测合并进行。实际外业观测点数为 7 点，采用仪器为 Trimble5700 型 1 台、Trimble5800 型 1 台、TrimbleR6 型 5 台。 观测模式 静态同步观测 采样间隔 30秒 观测卫星截止高度角 10 坐标和时间系统 WGS-84，UTC 观测时段长 UTC 00:3023:30为一完整时段 观测时段数 3 二、数据整理 二、数据整理 数据整理是进行基线解算之前的一

6、项重要工作。本 GPS 控制网的数据整理 主要包括如下几项工作： 天线高：根据 GAMIT 软件的要求，列出并仔细检查天线高的量测方法及天 线类型，将天线高统一换算至天线座底部（DHPAB） 。 RINEX 格式的转换：为了统一处理的方便，数据处理前，应将不同接收机 采集原始数据转换为 RINEX2.1 格式，并采用统一格式命名文件，即测站点名 年积日时段号，如 2008 年 6 月 1 日 B006 的 RINEX 文件命名为 b0061530.08o。 数据归类： 以时段号建立目录， 将同一时段不同测站的数据拷贝至目录下。 每个测站应有两个文件，一个为观测数据 O 文件，另一个为观测星历

7、N 文件。以 时段号建立目录，目录名为七个字符，如 CYYDAY，YY 为年的后两位，DAY 为年 积日。如 2008 年 6 月 1 日的观测数据，其目录名为 C08153。 下载 WUHN（IGS 武汉站） 、SHAO（IGS 上海站） 、BJFS（IGS 北京站）数据 以及 IGS 第 1482 周前 4 天精密星历，并对 IGS 站坐标进行框架及历元改算，获 取 IGS 站 ITRF2000、ITRF2005 在 2008 年第 156 天的瞬时历元坐标。 2 三、基线解算 三、基线解算 基线处理软件采用美国麻省理工学院和 Scripps 研究所共同研制的 GAMIT （Ver 10.

8、31）软件，星历采用 IGS 事后精密星历。以下对本次基线处理过程中 的相关设置进行详细叙述。 （一） 、添加接收机和天线类型 （一） 、添加接收机和天线类型 由于最新的 GAMIT 天线文件中并没有本次观测所采用的 Trimble5800 和 R6 型接收机天线相位改正参数，因此在基线解算之前需将 5800 和 R6 型天线的 L1、 L2 相位改正参数添加至 GAMIT 天线文件中，以便基线解算过程中调用该文件并 进行正确的天线相位中心改正。 具体做法为： 在 rcvant.dat、 guess_rcvant.dat 文件中分别对 5800 型和 R6 型接收机与天线进行声明，然后在 an

9、tmod.dat 文件 中加入相应的 L1 和 L2 天线相位改正参数。下图为 R6 型天线相位参数： （二）坐标框架与历元（二）坐标框架与历元 坐标框架与历元为观测期间 IGS 事后精密星历所对应的框架和瞬时历元。 在 GPS 精密相对定位数据处理中， 定位的基准是由卫星星历和约束站坐标共同给 出的。为了确定在严格基准下的 WHCORS 地心坐标，必须将其纳入到 ITRF 参考框 架中。因此在处理时需加上在 ITRF 参考框架中测站坐标已知的 IGS 站数据一起 处理。另外，由于精密星历提供的卫星坐标是瞬时的，相应地面基准站坐标也应 是瞬时的。 本次基线解算 WUHN、SHAO、BJFS 三

10、个 IGS 站坐标均采用 ITRF2005 框架、 2008.156 瞬时历元坐标， 并在 sittbl 文件中分别给以 N、 E、 H 方向 0.05m、 0.05m 和 0.1m 的松弛约束，其他测点的初始坐标为 RINEX 坐标，N、E、H 方向分别给 以 10.0m、10.0m 和 20.0m 的松弛约束。 3 （三）其他设置 （三）其他设置 基线解算分时段分别进行，得到基线单天解。在基线解算中，sestbl 文件 的主要设置如下： 卫星钟差的模型改正：采用广播星历中的钟差参数进行改正； 接收机钟差的模型改正：采用根据伪距观测值计算的钟差； 电离层折射影响：采用 LC_HELP 观测值

11、消除； 对流层折射根据标准大气模型用萨斯坦莫宁（Saastamoinen）模型改正： 采用分段线形的方法估算折射量偏差参数，具体设置为每 2 小时估计、将全天分 为 13 个分段区间； 卫星和接收机天线相位中心改正：接收机天线 L1、L2 相位中心偏差采用 经过天线模型添加后的 GAMIT 文件 antmod.dat； 截止高度角为 15 度，历元间隔为 30 秒； 由于采用 IGS 事后精密星历，且联测的 IGS 站数量有限，因此不考虑卫星 轨道误差，即固定 IGS 轨道。 数据编辑采用 AUTCLN 模块自动进行。 （四）基线解算质量评定 （四）基线解算质量评定 对于 GAMIT 软件基线

12、解的质量评定，可以通过基线解算后的验后 nrms 值来 反应，即 postfit nrms。一般要求 nrms 值小于 0.5。本次基线计算共产生 4 个 单天解， 即年积日 153-156， 其 postfit nrms 值分别为 0.2844、 0.2880、 0.3726、 0.2821，其中第三天 postfit nrms 值略高是由于观测过程中部分测站突遇雷雨， 导致部分测站数据中断造成。 另外，通过平差软件POWERNET给出的基线分量重复性在南北方向上为 0.7mm+0.110 -8， 在东西方向上为 0.7mm+0.210-8， 垂直方向优于 2.9mm+1.310-8， 基线

13、长度方向为 0.7mm+0.110 -8， 以； 异步环闭合差全部小于限差的 1/3 （因GAMIT 基线解算为网解，其同步环闭合差为 0） 。表明本次基线解算精度可靠。 四、ITRF 框架下的网平差 四、ITRF 框架下的网平差 网平差采用武汉大学编制的 POWERNET 科研版软件，分别进行了 ITRF2000 框架、2008.156 和 ITRF2005 框架、2008.156 瞬时历元平差。 ITRF 框架下网平差约束点为 WUHN、SHAO、BJFS 三点，其瞬时历元坐标来源 4 于 SOPAC 提供的全球站周解，这些点的坐标和速度是通过空间大地测量技术，采 用多种观测数据，诸如 V

14、LBI、LLR、SLR、GPS 和 DORIS 等联合解算而形成的，基 本反映了全球和区域板块运动的趋势和变化率，其坐标精度满足本次 ITRF 框架 下网平差对起算数据精度的要求。 选择 IGS 站瞬时历元坐标进行三维约束平差的 原因主要有以下两点： IGS 站 BJFS、SHAO 站远离测区，武汉区域板块运动对上述两点影响不大。 另外，WUHN 站由于采用了瞬时历元坐标，该坐标已经顾及了区域板块运动的影 响，因此 WUHN、BJFS、SHAO 三点可作为本次数据处理的约束点，即 WHCORS 系统 稳定性监测的基准点。 采用瞬时历元坐标，可以通过与前两次同一框架下的成果比较，建立各基 准站速

15、度场。 经过处理后， ITRF2000 框架平差最弱点为 B012 （因雷雨第 3 天中断 2 小时） ， 其点位误差为 X 方向 0.0053m，Y 方向 0.0108m，Z 方向 0.0070m；ITRF2005 框架 平差最弱点也是 B012，其点位误差为 X 方向 0.0051 m，Y 方向 0.0103 m，Z 方 向 0.0067 m。 五、ITRF 框架转换 五、ITRF 框架转换 由于前两次 WHCORS 联测采用的框架分别为 ITRF2005 框架瞬时历元和 ITRF97 框架、2000.0 历元（与 2000 国家大地基准一致） ，而本次数据处理分别 采用了 ITRF200

16、0 框架和 ITRF2005 框架瞬时历元。为便于稳定性分析和建立 WHCORS 系统基准站速度场，需要将不同框架和历元的 WHCORS 基准站坐标统一归 算至同一框架或历元下进行比较分析，因此在稳定性分析之前，必须进行 ITRF 框架的转换。 ITRF 框架之间变换的标准模型是基于欧氏空间相似变换的七参数模型，其 转换模型如下： + + = Z Y X DRR RDR RRD T T T Z Y X Z Y X SSS SSS SSS S S S S S S 12 13 23 3 2 1 X、Y、Z表示任一点在某一ITRF框架中某一历元的坐标，XS、YS、ZS表示该点 在需转换后框架中对应历元的坐标，T1S、T2S、T3S为 3 个平移参数，R1S、R2S、R3S为 3 个旋转参数，DS 为尺度因子。其中七参数