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sdcors高精度数据处理子网划分分析研究pdf

发布时间:2019-06-24 22:15 来源:未知 编辑:admin

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  第42卷第1期 全球定位系统 V01.42,No.1 2017年2月 GNSSWorIdofChina February,2017 SDCORS高精度数据处理子网划分分析 张清华1,郭金运1,周长志2,姜英明1,张海平2 (1.山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590; 2.山东省国土测绘院,山东济南250102) 摘 软件采用划分子网的方案对SDCORS站的观测数据进行解算。将整网的单天解算结果作为 标准值,把各方案与整网解算方案的解算结果进行对比,以此来选出更为合理的划分方案。结 果表明,无论是按照方向(东中西三部分、南中北三部分、东西两部分、南北两部分)划分子网 还是按照接收机类型划分子网的方案,均可提高解算效率,解算精度在mm级。将各方案的 基线精度与整网的精度比较,得到的基线量级,能够满足高精度测量要求,其 中,采用南北划分的方案得到的点位较差均在2.5mm内,效果最好。 关键词:SDCORS;子网划分方案;数据处理;整网平差;方案对比 中图分类号:P228.4 文献标志码:A 学圣迭戈分校斯克里普斯海洋研究所(SIO)共同 O 引 言 研制,因其功能强大,解算精度高并且开放源代码 近年来,由于连续运行卫星定位服务系统 等优点,在国内外获得了广泛应用[11。随着 (C()Rs)操作方便、实用性强、定位精度高、覆盖面CORS站点数量的增多,求解的未知数也相应增 广和野外单机作业等众多优点,国内外越来越多的 加,数据处理便需要更多的内存和机器时间。例 CORS站已广泛建立,给大地测量带来巨大的推进如,GAMIT软件对单日解算测站数小于100个, 力量。例如可以利用cORs参考站建立区域大地如果在实际计算中点数超过55个,计算时间大幅 测量控制网,以CORS参考站的天线相位中心为度增加。针对以上所述的约束条件,对于大规模的 基准,建立区域测量坐标框架[】1;能够根据实测数 CORs站可采用先子网划分解算、再综合处理的方 据对区域内TEC解算,进行短期预报研究[2司;能法,进而提高解算效率。 够根据区域CORS网进行对流层延迟改正L40;能 够向用户发送RTK、DGPs的数据信息[53;利用正式建成。该系统整合了不同行业、不同部门在不 CORs观测数据所反演的可降水汽含量可用于气同时期建立的参考站点,其站点数已经超过140 象学上大气可降水汽含量的研究[61;能够满足地球 个,覆盖了整个山东省,兼容拓普康、天宝、徕卡等 物理监测需求、用于长期动态监测,可在研究地壳 国际GNSs厂商的软硬件设备,成为国内当前运 运动、分析地震及预报地质灾害方面发挥重要作 行的参考站数目最多、网络最复杂的系统,所以采 8。 用常规的整网解算方案较为困难。若采用划分子 用‘71 GAMIT/BLOBK[”103是一种广泛使用的高精网的方案,一方面方便系统管理,另一方面能够将 度处理软件,由美国麻省理工学院(MIT)与加州大数据计算压力分担到多个服务器上,能节省成本的 收稿日期:2016一06—30 专项(编号:201412001);国家科技基础性工作(编号:2015FY310200) 联系人:张清华E—mail: 万方数据 第1期 张清华,等:SDCORS高精度数据处理子网划分分析 83 提供更高质量的服务。而采用哪种划分子网方案 所示,在整个山东境内,选取SDCORS其中包含的 能得到和整网解算相当的精度是本文讨论的重点。 79个基准站,将其划分为东、中、西三个部分,分别 本文以SDCORS为例,通过对几种子网划分命名为1a子网、1b子网、1c子网。每个子网相互 方案的比较,分析各种方案的处理结果,选出更合 之间有5或6个重复基准站,平差的固定点为上述 理的划分方案。 5个IGS站。 1 数据来源 为确保各站点的解算精度,可利用TEQC软 件对SDCORs站的数据进行质量检测,分析可得 各基准站的站址选择合理,观测环境良好,整体质 量较好[12I。考虑到GAMIT解算超过55个站点 时会导致计算压力大和效率低的情况,本文选用 2015年第一天正常运行的79个CORS基准站点 图l 方案一子网划分示意图 的观测数据。由于这些测站数据主要采用了6种 NETG3、 不同的接收机观测所得,分别为TPS 方案二:将整网按北中南三部分划分。如图2 TRIMBLENETR5、TRIMBLENETRS、TRIM— 所示,将sDCORS网划分为北、中、南三个部分,分 BI。E TPSNET—G3ALEICA NETR9、 和 别命名为2a子网、2b子网、2c子网。每个子网相 s GRXl200GGPRO接收机,其数据采样间隔有15 互间有4或5个重复基准站。 和30s不等,获取数据后,为了解算方便,进行预 s. 处理将其采样间隔统一成30 在数据处理的过程中,需要引入足够的同时段 的IGS测站的观测数据(ftp://cddis.gsfc.nasa. gov/pub/gps/data/daily)进行联测以保证CORS 站点坐标纳入到ITRF2008坐标参考框架之 内m]。根据CORs基准站点的大致分布,为建立 子网间的联系,并考虑到选取的IGS跟踪站应满 足观测连续性、稳定性和高精度等原则[1。16],选择 图2方案二子网划分示意图 山东省周边的5个IGs跟踪站进行联测,分别为 BJFS(北京房山)、CHAN(吉林长春)、DAEJ(韩国 方案三:将整网按东西两部分划分。如图3所 大田)、sUwN(韩国水原)和wUHN(湖北武汉)。 示,将sDc0Rs网分为东西两部分,分别命名为3a 子网和3b子网,子网之间有5个公共站点。 2子网划分方案 在子网的划分过程中,需要考虑到各方面因 素,如测区范围的大小、站点的数量与分布、核心站 点的选择等。在面对一个具体的工程项目时,如在 SDCORS中,划分子网还需要考虑更多方面,如观 测仪器的不同、基线解算时采用不同的星历、采样 7I。 率的不同等,这些都可以作为划分子网的依据[1 并且,从结构上来看,子网之间可能是交叉、相互连 接的。基于SDCORS站点数目多,以及山东省大 图3方案三子网划分示意图 致的经纬度范围(经度:东经114。19’~122。437,纬 7~38。23 方案四:将整网按南北两部分划分。如图4所 度:北纬34。22 7),为研究合适的子网划分 方案,本文采用五种划分方案,具体如下。 示,将SDCORS网分为南北两部分,分别命名为4a 方案一:将整网按东中西三部分划分。如图1 子网和4b子网,子网之间有4个公共站点。 万方数据 84 全球定位 系 统 第42卷 表2整网解算与各方案划分子网解算时间统计(min) 在生成的文件中查看标准化均方根残差 要指标,一般说来,根据国内外(GNSS)数据处理 图4方案四子网划分示意图 经验,其值应该小于o.3,若值太大则说明处理过 程中可能存在未完全修复的周跳,需要检查原因, 方案五:将整网按接收机类型划分。将SD— 重新处理基线。本文算例中每种方案的每个子 NETG3、 CORS网按接收机类型划分,把TPS TRIMBI。ENETR5、TRIMBI.ENETRS、TRIM— 果的精度均匀合理。 BLE TPSNET—G3ALEICA NETR9、 和 表3示出各方案中所有基线解算结果相对整 GRXl200GGPRO这六种接收机分别命名为5a子 网中各基线的精度对比,从表中可以得出各个方案 网、5b子网、5c子网、5d子网、5e子网和5f子网。 的基线解算成果的精度均匀合理,基线相对精度的 方案一~方案五均先利用GAMIT在各子网 最大差异达到10_8量级,平均差异在10叫。量级, 中解算出基线,然后利用GI。OBK整体平差出站点 说明各方案的基线解都与整网的基线解差异很小。 坐标,最后将整网解算结果作为标准值,把各方案 并且无论采用哪种划分方案,GAMIT对于GPs 与整网解算结果进行对比分析,以此来选出最佳划 定位数据处理均具有良好的解算精度。 分方案。同时,为避免由于采用的模型和处理方式 的不同造成结果的差异[1””],本文在使用GAMIT表3五种方案的全部基线相对于整网基线解的 相对精度比较(×10“) 10.4软件处理过程中均采用相同的处理策略及解 算控制参数[2…,如表1所示。 精度 方案一方案二方案三方案四方案五 表1 处理策略及解算控制参数的设置 控制选项 设置内容 截止高度角 lO。 处理模式 REI。AX. 迭代方案 1一ITER 图5~图9为五种方案得到的站点坐标较差, 观测量 LC—AUTCLN 图中横坐标表示所有的测站,站点按照字母先后顺 海潮模型 FES模型‘211 序排序,纵坐标表示每个测站的均方根误差值,单 光压模型 BERNE[22] 位为mm.其中,方案四更加接近于整网解算结 惯性框架 J2000.O 果,且精度均匀、稳定、具有一致性,X方向上的点 对流层误差模型 SAAS[23] 电离层折射影响消除 LC观测值组合 位较差在±1.5mm内,Z方向上的点位较差在 天线mm内,y方向上的较差在±2.5mm内,方案 一的点位较差在±4mm内,其他方案的点位较差 3结果与分析 也在mm级,但差别较大,在±8mm内。 数据解算完成以后,统计各种方案的解算时 表4为五种方案相对整网解算得到的站点坐 间,得到整网解算与划分子网方案解算所需时问如 标较差的统计值,包括各方向上较差的最大值、最 表2所示。比较计算时间可得,采用划分子网的方 小值、平均值和标准差。从该表中可以看出各方案 案相比整网解算,加速比达到1.7~1.9之间,相当 的y方向上的较差最大,方案四与整网解算的差 于提高了1.7~1.9倍。 异最小,平均值和标准差均最小,方案二的平均值 的绝对值和标准差都最大。 万方数据 第1期 张清华,等:SDCORS高精度数据处理子网划分分析 85 —’一x方向—卜y方向—-rz方向 4 3 2 l O 1 om,姆裰螂求肇割 2 3 SDCORS站点 图5 方案一与整网解算坐标分量差值统计 —哮一列,向—●l—y方向—-_r—z方向 6 4 2 o 之 4 om,趔糊翱娘媾剥 巧 ≈ sDc‘)Rs站点 图6方案二与整网解算坐标分量差值统计 —·一舫向—_卜y方向—-rz方向 8 6 4 2 o 之 ;Ⅲ,靼椭卿求蜷副 o “ 罐 sDcORs站点 图7方案三与整网解算坐标分量差值统计 —px方向—扣r方向—-妒z方向 3 z5 2 L5 皇 1 { j罾 m5 涮 0 嘲 求 m5 堆 l {}{ —o5 2 一之 5 sDc0Rs站点 图8方案四与整网解算坐标分量差值统计 万方数据 86 全球定位 系 统 第42卷 —啼一x方向—_一r方向—-tr~z方向 6 4 2 o 之 4 “ 罐 sI)c(JRs站点 图9 方案五与整网解算坐标分量差值统计 表4五种方案x、y、z方向上的坐标较差统计 坐标较差 参数 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五 X方向 1 一5.3 最小值/mm y方向 1 —7.2 Z方向 屯屹1巧巧“ 屯1邛 曲门届 1。门∞ —6.3 X方向 4 3 4 3.9 最大值/mm y方向 4 O 4 4.9 Z方向 互茁文 2 乱量“ O L互L 6 4.O X方向 9 3 m2 1.6 平均值/mm y方向 9 8 3 —2.9 Z方向 m吼m 7 互文文 l L仉 3 —2.1 X方向 Lo 3 4 1.2 标准差/mm y方向 L4 7 5 2.3 Z方向 L1 L色互 5 仉吼吼 6 2.O 图10~图12为整网解算与五种方案中SD—度高,但是整体说来变化幅度很大,部分点的精度 CORS基准站点在各个方向上的中误差比较。从很低。 图中可以看出,方案一、二、三、四的解算精度波动 表5为五种方案的各站点在各方向的中误差 范围不大,X方向的坐标精度在4mm以内波动, 统计值,从表中可以看出各方案的各方向上的最 Z方向在4.5mm内波动,y方向稍大于X、Z方大、最小和平均中误差差距不大,标准差很接近,都 向上的值,坐标精度在6mm以内波动,方案四的 在1mm以内,相对来说方案四的标准差最小,说 稍好一些,X、y、Z方向均在4mm以内波动,精度 明比较稳定。 变化也较为平缓,方案五中虽然有一些站点解算精 —*…,J‘案. …》一方.案二 方案三—*一方案四—·一方案五 4 35 3 25 2 , 5 0m,越颦厦椒如 l 05 O l 3 5 7 911l31517l92l535557596l7798183 sDCORs站点 图10整网解算与五种方案x方向坐标精度比较 万方数据 第1期 张清华,等:SDcORs高精度数据处理子网划分分析 87 十方案五 十方案一 十方案二 …方案_i=—卜方案四 6 5 4 3 2 0Ⅲ,魁鼯足h譬 1 0 1 3 5 7 9 l7394l434547495l535557596l779818385 SDc0Rs站点 图11整网解算与五种方案y方向坐标精度比较 —_-一方案一—_r一方案二 方案三—*一方案四—·~方案五 4·5 4 3·5 ’垦 3 魁2.5 篓 z 鸯1.5 l 0·5 0 l 3 5 7 9 1ll3l5l596l779818385 sDcORs站点 图12整网解算与五种方案z方向坐标精度比较 表5五种方案各个方向上的坐标精度统计 精度上也与整网解算的精度在一个量级上,满足数 4结束语 据处理要求。所以在工程项目中,当软硬件条件不 1)无论使用哪种划分子网的方案,都能够提 允许时,可以采用划分子网的方案,能有效的节约 高解算效率。以本文为例,数据解算均在8G内存 成本,提高工作效率。 的Intel至强3.60 GHz台式电脑上进行。统计结 2)不管哪一种划分方案,利用GAMIT软件 果表明,采用划分子网的方式不仅能在时间和内存 在对测站进行解算时,各方案相对整网中各基线倍的效率,而且解算相对精度的最大差异在10.8量级上,平均差异在 万方数据 88 全球定位 系 统 第42卷 10。1 [11]赵建三,杨创,闻德保.利用GAMIT进行高精度 o量级上,说明各方案得到的基线解的精度与 整网解算的精度相当。 GPs基线解算的方法与精度分析[J].测绘通报, 3)当基准站数目过多,可采用子网划分的方 201l(8):5—8. [12]董正华,郭金运,刘相威,等.基于TEQc的山东 案,本文相对于整网解算,提出了五种划分子网的 coRs系统数据质量评估[J].全球定位系统,2015, 方案,解算精度都能达到mm级。对于坐标较差方 40(5):90一94. 面,采用南北划分的方案与整网解算结果更加接 [13]姜英明,郭金运,刘智敏,等.利用sDcoRs数据建立 近,且精度均匀、稳定、具有一致性,点位较差在 山东区域动态坐标参考框架[J].北京测绘,2015, 2.5mm内。对于坐标精度方面,前四种划分子网 (5):3l一34. 的方案精度变化较为平缓,差不多是在同一波动范 [14]金双根,朱文耀.确定板块运动学模型的台站选取 围内,y方向的稍大于X、Z方向上的值,而采用按 [J].大地测量与地球动力学,2003,23(3):56—60. 照接收机类型划分子网的方案虽然有一些站点解 [15]秘金钟,蒋志浩,张鹏,等.IGs跟踪站与国内跟踪站 算精度很高,但是整体说来变化幅度很大,部分点 联合处理的框架点选择研究[J].武汉大学学报(信 息科学版),2007,32(8):704—706. 的精度很低,综上所述,SDC()RS采用南北划分子 [16]万军,成英燕,党亚民,等.陆态网测站高精度解算分 网的方案解算精度会更高。 区方案[J].测绘科学,2016,4l(4):2—3. [17]姜卫平,赵倩,刘鸿飞,等.子网划分在大规模GNss 参考文献 基准站网数据处理中的应用[J].武汉大学学报(信 [1]刘经南,刘晖,邹蓉,等.建立全国cORS更新国家地 息科学版),2011,36(4):389—391. 心动态参考框架的几点思考[J].武汉大学学报:信 [18]姜卫平,刘经南,叶世榕.GPs形变监测网基线. 中系统误差的分析[J].武汉大学学报(信息科学 [2]巩岩.基于cORs站区域电离层短期预报研究[D]. 版)。2001,26(3):196—199. 北京:中国测绘科学研究院,2011. [19]李兵,成英燕,于男,等.密集型CoRS站的高精度基 [3] 吕洪标.基于c0RS网络的中国区域电离层延迟的 线解算方案研究[J].测绘通报,2014,(10):50一53. 模型与应用研究[D].青岛:山东科技大学,2011. BI。EwITTG.G10balcoordinateswithcentimeterac— [20] HUANGLK,I.IULL,YA()CL.Azenith r4] tropo一 intheInternationalTerrestrialReference curacy correctionmodelbasedonthe sphericdelay regional GPs[J]. ResearchLet Franceusing Geophysical c()Rs and network[J].GeodesyGeodynamics. ters,1992,19(9):853—856. 201 2,3(4):53—62. 厂21]I。EPROVOSTC,GENC()ML,LYARDF,Pfdf. [5]李晓亮.CORs系统的构建与应用[D].北京:中国 tidesfromafinite oftheworldocean Spectroscopy 地质大学,2014. element ofGeo— hydrodynamicmodel[J].Journal [6]姜英明,杨颖,郭金运,等.基于sDCORS的区域可 Research,1994,99(C12):2477724797. physical 将水汽含量分析[J].全球定位系统,2016,41(1): BEUTLER E,GURTNERW, 厂22] G,BR()CKMANN 3742. orbit atthe et a1. Extendedmodelingtechniques [7]林良彬,刘文建.c()Rs在地震监测中的应用[J].测 CoDE centeroftheInternationalGPS processing 绘地理信息,2013,38(4):73—75. andinitial ServiceforGeodynamics(IGS):Theory XM,已f ofi— LIW,GU0 nZ.Analysis [8] Jinyun,YU results[J]. theMw7.3Yutian onosphericanomalypreceding 367386. and 14,5 Geodynamics,20 earthquake[J].Geodesy sAAsTAMoINENto ofat— [23] J.Contributionstheory (2):54—60. Journal,1972, mospherjcrefraction[J],Springer and ofEarth, Planetary [9] Department Atmospheric, 105(1):279—298. SciencesMassachusettsof Ref— Techn0109y.GAMIT 厂24]MADERGL.GPSantennacalibrationatNational UsA:MIT, erenceManual,Release10.4[R]. Geodetic Survey[J].GPS 20lO. 50一58. of DepartmentEarth,Atmospheric,andPlanetary [10] of Ref— SciencesMassachusettsTechnology.GLoBK 软件进行高精度GPs数据处理[J].极地研究, erenceManual,ReleaseUsA:MIT, 10.4[R]. 2005。17(3):173—182. 2010. 万方数据 第1期 张清华,等:SDCORS高精度数据处理子网划分分析 89 作者简介 姜英明 (1991一),男,硕士生,主要从事空间 张清华 (1994一) ,女,硕士生,主要从事空间 大地测量等研究。 大地测量等研究。 张海平 周长志 (1971一) ,男,工程师,主要从事大地 工作。 测量方面的工作。 Sub—networkDiVision inthe AnalysisHigh—accuracy Data ofSDCoRS Processing ZHANG Qinghual,GUOJinyunl,ZHoU Changzhi2, JIANG Yingmin91,zHANG Haipin酽 (1·(10ZZPgP。/’G已o”zn£ics,S^a以do”gU行iuer5i£y o厂Scie扎fP盘九dT_f矗咒oZogy, Qi拧gdno P,田u!行fi&Z 266590,C^i扎口;2.S^a挖do押g j对s£i£“把o,L口卵d n行d SMr口Pyi翘g Mn户pi”g,‘,i恕n以250102,C^i,zn) Abstract:Basedonthe characteristicsofSDCORS’s and large net— quantitycomplex work,±1Vesub—networkdiVision schemesare to observationdataofSD— proposedprocess CORS the usingGAMIT/GLOBK.The resultofthewh01e one—day networksolutionscheme isserVedasa standard,andfiVe sub—networkdivisionschemes are withthe compared wh01e networksolution schemetochoosethebetter one.Whethertheschemeisinaccordancewith the direction(east—middle—west three sub—networks,south—middle—norththree sub—networks, east~westtwo sub—networks,south—north two sub—networks)ortothe ofre— accordingtype ceiVerto diVide sub~network,theresultsshowed that schemecan every and improveefficiency reachtheIeVelofmm What’s the accuracy. baseline of more,comparingaccuracyeachdivi— sion schemewiththewhole networks01ution scheme,therelative accuracvofthebaseline achieVelO一8 leVel,whjchcanmeet may the of requirementhigh—precisionmeasurement.The dlf{erencewaswithin poInt 2.5mmwiththe south—northsub~network divisionscheme,achie— the Ving highestaccuracy. Keywords:SDCoRS;sub—networkdivision scheme;data solution processing;network scheme adjustment; comDarison 万方数据

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