基于ITRF05框架下郑州市连续运行参考站分析与研究

张明,王瑞青(郑州市规划勘测设计研究院,河南郑州 450052)

基于ITRF05框架下郑州市连续运行参考站分析与研究

张明∗,王瑞青
(郑州市规划勘测设计研究院,河南郑州 450052)

摘 要:通过对郑州市连续运行参考站两年(2012．01～2013．12)观测数据的处理与分析,得到重复性随基线长度增加而增大;参考站网在ITRF05框架下相对于IGS跟踪站水平方向整体向东南移动,平均位移量3．1 cm;垂直方向部分下沉,下沉量最大3 cm;郑州市域地壳运动方向与华北板块一致。

关键词:郑州CORS;重复性分析;稳定性分析速度场分析

1　概 况

郑州市连续运行参考站系统是郑州市空间地理信息数据采集的主要技术手段,城市环境的复杂性,季节交替,板块运动都会使连续运行参考站稳定性受到一定的影响,给城市测绘带来一定程度的干扰;因此、定期收集参考站数据,对参考站系统进行定性分析、定量研究是保证参考站系统正常运行的关键。郑州市目前有7个连续运行参考站,6个为屋顶型观测墩,1个为土层型观测墩(ZZXZ);覆盖郑州及其东部5 000多平方千米的区域。

2　数据整理及预处理

本次分析收集2012年和2013年两年的原始观测数据文件、精密星历文件及相关的表文件,考虑到数据的相关性、相似性,每隔14天提取1天的年积日数据文件;联测国内5个位置和速度已知的IGS跟踪站(BJFS、SHAO、WUHN、KUNM、URUM),共12个参考站,采用无电离层影响模型和对流层分段线性估计模型;把郑州市7个连续运行参考站纳入ITRF05框架中;获得郑州市GNSS定位综合服务系统各参考站连续运行结果。

3　指标分析

NRMS是衡量精密数据处理软件(gamit/ globk)多基线解的一个重要指标,各时段的单天解NRMS如图1所示,最小值为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复,宽巷和窄巷模糊度得到了很好的固定;各时段基线解算结果良好;满足基线解算质量评定要求。

图1　各时段单天解NRMS

重复性指标反映多时段解的基线离散程度,对于无系统性误差的解算基线,一般在真值附近摆动,重复性值越小,基线收敛结果越好,反之越差;重复性计算是衡量基线解算结果的重要指标。是衡量基线解算质量的又一标准。

表1给出基线N,E,U,L重复性的最大值和最小值,最大值0．030 756,最小值0．000 739,基线解算过程中,由于弥散性误差和非弥散性误差及其他沿传播方向的误差对高程的影响远大于水平方向影响,因此高程方向的重复性一般要大于其他方向的重复性。

重复性统计值 表1

为了更充分说明重复性和基线关系,按照公式: δ=a+bx

重复性是基线的一次函数。其中δ、a、b、x分别为重复性、固定常数、比例系数、基线长度。各方向的固定常数都在毫米级,比例系数达10-8量级,且重复性随着基线长度增加而增大。图2反映拟合直线与每条基线重复性关系。

拟合后的点在直线附近摆动,按照不小于2σ限差要求,每条基线重复性满足限差要求。单天解精度高。

图2　重复性与基线之间关系

4　时间序列分析

4．1水平分析

7个连续运行参考站水平方向1年内随时间和季节呈周期性变化,8月份变化达到最大值;2月份达到最小值;ZZXZ站观测墩采用钢筋混凝土浇注,深入地面以下3 m,受季节性及环境影响小,周期性变化最小;其余屋顶型观测墩易受建筑结构影响,变化较大。参考站水平方向出现了一定位移,2012年12月～2013年1月,整网相对ITRF05框架下的IGS跟踪站:东方向出现了平均3 cm左右的位移;北方向出现平均0．5 cm的位移(如图3、图4所示)。

图3　ITRF05框架下参考站E方向时间序列图

图4　ITRF05框架下参考站N方向时间序列图

4．2高程分析

高程方向也出现了周期性的变化;受地势环境的影响,各参考站高程相对于IGS跟踪站变化差异较大; ZZXZ站变化较小;基本无变化;满足建网初期设计高程年变化〈2 mm/ a的要求;ZZDX站随时间出现逐渐下沉趋势,年下沉量达3 cm,YMHZ站下降2 cm;其余参考站下沉趋势不显著。ZZDX站和YMHZ站处于黄河腹地;属于黄土高原,地质条件差;近些年郑州市城市建设快速发展;城市人口增加;过度使用地下水;使得曾经以灌溉为主的农田;成为增加人口的居住区;因此地面下沉符合实际情况。其余参考站变化平稳,如图5所示。

图5　ITRF05框架下参考站H方向时间序列图

5　速度场分析

约束5个IGS跟踪站,引入跟踪站速度场,对各时段的基线结果文件(hfile)进行卡尔曼滤波,得到各参考站在ITRF05框架下的速度场,如表2所示。

各参考站速度场及其精度 表2

各参考站水平方向出现向东南方向运动趋势,东方向, ZZDX站运动最快,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站运动最快,速率达3．53 mm/ a +4．28 mm/ a,向南运动;平均速率2．61 mm/ a +5．32 mm/ a;垂直方向,各参考站出现下沉趋势, ZZDX下沉最快,速率达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;整网运动方向与华北板块一致。参考站运动方向如图6所示。

图6　郑州CORS速度场(绿色为水平方向;红色为垂直方向)

6　结　论

在ITRF05框架下,对郑州市连续运行参考站分析;研究参考站网基线解算质量,参考站间相对位移和绝对位移,郑州市域地壳运动状况,确定更新参考站网基准的时间,郑州市板块运动趋势,为城市规划、交通、测量提供良好的地质环境和高精度的测绘基准,都有重要意义。

分析显示:各参考站出现了不同程度的变化,是否更新参考站坐标以及更新坐标前后,播发的差分改正数对测量外业的影响及影响程度、测量外业成果与现有的成果的矛盾等需做进一步测试。

参考文献

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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

文章编号:1672-8262(2015)04-86-04中图分类号:P228．4

文献标识码:B

收稿日期:∗2015—04—02

作者简介:张明(1982—),男,工程师,主要从事GNSS精密定位技术研究、GNSS数据处理、CORS系统管理应用及开发。