王建文,苏贝(哈尔滨市勘察测绘研究院,黑龙江哈尔滨 150010)

HRBCORS系统稳定性分析

王建文∗,苏贝
(哈尔滨市勘察测绘研究院,黑龙江哈尔滨 150010)

摘 要:HRBCORS系统建成于2007年,结合区域似大地水准面精化成果,可提供地面点三维定位服务。为保证系统运行的正确性,需对系统进行稳定性分析。本文结合2014年数据,对系统内部稳定性、外部稳定性和RTK监测点稳定性结果进行分析,以确定系统的稳定性和可靠性。

关键词:哈尔滨市双星导航服务系统;内部;外部;监测点;稳定性;分析

1 引 言

哈尔滨市双星导航服务系统(简称HRBCORS)于2007年6月建成运行,含哈西(HAXI)、双城(SHCH)、对青(DUQS)、方台(FATA)、阿城(ACHE)5个参考站点,有效覆盖3．15万km2范围。系统数据处理中心采用Trimble GPSNet 2．510程序,能快速获取地面点的三维坐标,结合区域似大地水准面精化的成果,还可以直接算得正常高,已成为覆盖城市勘测等领域的重要的空间信息基础设施。

图1　HRBCORS系统参考站网形图

系统建成以来,由于受到参考站点外部环境的影响,2008年～2011年间,5个参考站中,除方台外,其余4个站点均进行了点位迁移,后对系统重新进行了平差计算,确定新的站点坐标,以保证系统的正常运行,如图1所示。根据《卫星定位城市测量技术规范》(CJJ/ T 73-2010)的规定,应定期对CORS网进行坐标解算,解算周期不应超过一年。基于此,我们每年年底都对系统进行稳定性分析,稳定性分析包括三方面的内容:内部稳定性、外部稳定性(与IGS站联测计算坐标)以及RTK监测点的坐标稳定性分析。本文依据2014年度数据,对系统稳定性进行分析论述。

2 内部稳定性分析

2．1数据来源

统计的数据来源于Trimble GPSNet软件Coordinate Monitor文件夹,文件夹内存储的是基准站坐标文件,包含阿城、方台、对青、双城4个站。Coordinate Monitor文件夹下存储的坐标数据的时间分辨率是15 s,以哈西站作为参考基准来计算的其他4个站的WGS8坐标,因此这里的坐标稳定性评估是系统内部稳定性评估,如图2所示。

图2　数据样例图

2．2数据处理过程

先把数据文件整合到一起,形成阿城、方台、对青、双城4站坐标表,然后按每240行取一个记录的方法重采样数据,生成时间分辨率为1 h的4个参考站全年坐标文件,接着按站别减去参考站使用的理论坐标,接着剔除粗差,形成4个参考站全年坐标差文件,最后对坐标差时间序列进行成图分析,评定系统内部可靠性。

这里剔除粗差的方法是首先求取差值的平均值,然后与该平均值求差,最后所得结果的绝对值大于0．050 m的数据记录都给删除掉。

2014年有完整记录311天,换算成小时为7 464 h。成图时,横坐标以该年内的小时数来表示,因此最大值给定为8 000,大于7 464,而纵坐标为坐标差。

2．3数据处理结果

(1)各参考站三维坐标年变化情况

图3　各参考站三维坐标差年变化图

从图3可以看出:各参考站全年大约存在10处坐标差值异常的地方,形成尖峰,且时点基本相同,其他时段,时间序列曲线表现平滑,点位坐标值稳定。

(2)各参考站同一坐标分量年变化情况

按各站坐标分量成时间序列成坐标差变化如图4所示:

图4　各参考站X、Y、Z坐标差变化图

比较4个参考站三坐标分量差变化图可发现:①各参考站坐标变化趋势基本一致,表明参考站相对关系是稳定的;②在5 000 h～6 000 h(即8月份)坐标的波动明显大于其他时间,尖峰也多于其他时间。经分析,8月份坐标变化波动加大的原因与同时期哈西参考站遭到射频干扰有关。

3 外部稳定性分析

3．1数据处理过程

外部稳定性分析采用与国际参考站联测来实现,主要用来评估站点的绝对位置变化情况。计算各站坐标时,以长春站和水原站作为起算基准,应用GAMIT/ GLOBK 10．32软件进行基线解算和网平差,输出参考站单月解坐标,形成时间序列,接着分析该数值序列,最后评估绝对位置的稳定性。网型设计图中的哈巴罗夫斯克站无2014年数据,而且在该站附近也未能找到可替代的其他IGS站,所以实际起算点是长春和水原两站。

长春站代号是“chan”,水原站的代号是“suwn”,它们与系统5个参考站的点位关系如图5所示:

从数据网站ftp:/ / garner．ucsd．edu/ pub/ products下载得到站点坐标文件IGS11P06．snx,从中摘录出长春站、水原站的坐标列表如表1所示:

图5　参考站点位关系图

基准点坐标表 表1

从表1中可以看出:长春站的X、Y、Z坐标的中误差都大约为2 mm,首尔站的X、Y、Z坐标的中误差都大约为10 mm,参考时刻均为2005年1月1日0:00。

在网平差中,上述二个起算点坐标保持不变。经过计算分别得到阿城、方台、哈西、对青、双城5站的2014年全年坐标时间序列,其参考框架是ITRF2005,参考历元是2005．0。

3．2数据处理结果

应用GAMIT/ GLOBK 10．32软件进行基线解算和网平差,输出参考站单月解坐标,形成时间序列,如图6:

图6　各参考站单月解序列图

图6自上而下分别是阿城、方台、哈西、对青和双城5个参考站的坐标(自左至右分别为X、Y、Z坐标)时间序列图。从图6可以看出,各参考站坐标变化趋势一致。除哈西参考站8月份的计算结果变化量有异常外,各参考站同一坐标分量变化量也基本一致。利用高斯正算将参考站大地坐标转换为平面坐标和高程,平面坐标变化不超过1．5 cm,高程不超过3 cm,系统稳定性满足《卫星定位城市测量技术规范》(CJJ/ T 73-2010)的要求。

3．3哈西站8月异常变化原因分析

需要指出的是哈西站8月份计算结果显示的趋势显著地异于其他4站,特别是在高程方向上,联系到8月份,哈西站的大地高也出现过类似的变化,因而推测8月该站受到了射频干扰。这与系统内部稳定性分析中,体现的8月份哈西参考站受到射频干扰的结果也是一致的。

哈西站大地高数据表 表2

图7　哈西站大地高变化图

从表2和图7可以看出,哈西站8月份大地高为180．155,与其他月份差值相比,明显加大,这与2012年4月～5月哈西站受到射频干扰,导致大地高的变化情况很相似,因此推测哈西站2014年8月份受到了射频干扰,导致数据结算结果表现为高程方向上的位移。

4 监测点稳定性分析

HRBCORS系统的监测点于2013年9月完成天线安装和设备调试,于同年11月完成数据存储和分析软件的编制工作。该监测点位于院办公楼楼顶,是一个固定的RTK站点,连续不间断地进行RTK测量,其坐标由服务器软件的转发模块以GGA的格式播发出来,主要用来监测网络RTK测量的坐标稳定性,并分析其时变规律,确保RTK测量的正确与可靠。

4．1数据处理

监测点的理论坐标由静态观测数据计算求出,其动态坐标由网络RTK测量获得,这两者之差可视为该点的RTK测量真误差,是分析的数据基础。分析的目的是找到使RTK测量精度变弱的潜在因素,并在实地外业工作中加以规避,以获得精度尽可能高而且可靠的成果。

编写的相应软件的运行界面如图8所示:

图8　数据分析软件运行界面

4．2数值分析

由图8可以看出,接收到的GGA数据含有经纬度和大地高的点位坐标信息,经过转换计算后,可得到监测点“south”的实测坐标,按要求设其频率为每5 s存储一个数据记录到数据库,因此每天要产生17 280条数据记录。本次分析的数据记录时间为2014年5月13日～8月20日。在这100天里,有数据记录的天数为50天,其中有完整数据记录的天数为35天,与监测点的理论坐标求差后得到时间序列,如图9所示:

图9　监测点时间序列样图

经统计可得到如下的精度分布表:

精度分布表 表3

可以看到,绝大部分的差值都小于0．05 m,说明监测点的坐标值绝大部分时段都比较稳定。据此,对系统网络RTK测量稳定性作出总结如下:①坐标变化程度上午普遍要剧烈,而下午比较稳定,因此可认为下午外业工作的测量结果更可靠;②7:00～8:00,点位变化程度达到高峰,外业作业应避开该时段;③11:00～12:00,该点坐标变化比较剧烈,外业作业应有选择地避开该时段;④16:00～17:00,该点少量天数坐标变化比较剧烈,外业作业可考虑避开该时段。

5 结 语

HRBCORS系统建成8年来,经历过参考站迁移、射频干扰等多次变化,我们及时采取措施,保障系统正常运行,并对稳定性进行评定分析。HRBCORS系统作为区域现代大地测绘基准,确保其稳定运行是开展其他测绘工作的前提,系统通过内部稳定性、外部稳定性和RTK监测点稳定性分析,精度符合相关规范要求,能够稳定地提供三维定位服务。

参考文献

[1] CJJ/ T 73-2010．卫星定位城市测量技术规范[S]．

[2] 苏贝．GAMIT/ GLOBK软件应用实例与数据分析[J]．城市勘测,2015(4):82～85．

[3] 李江卫,肖建华,王厚之等．城市坐标基准维护数据处理与稳定性分析研究[J]．城市勘测,2010(1):45～49．

[4] 李延兴,胡新康,赵承坤．GPS监测网数据处理方案研究[J]．测绘学报,1999(1):64～68．

[5] 袁林果,丁晓利,陈武等．香港GPS基准站坐标序列特征分析[J]．地球物理学报,2008(5):1372～1384．

The Stability Analysis of the HRBCORS

Wang Jianwen,Su Bei
(Harbin Institute of Geotechnical Investigation and Surveying,Harbin 150010,China)

Abstract:The HRBCORS was built in 2007,and combined with the regional geoid refining computations,it can truly provide three-dimensional positioning service on the ground．In order to ensure the correctness of the operating system, its stability analysis need be done．Based on the HRBCORS data of 2014,three parts of the analysis are done to determine the system’s stability and reliability,and they are internal stability,external stability and the stability of the RTK monitoring point．

Key words:HRBCORS;internal;external;monitoring point;stability;analysis

文章编号:1672-8262(2015)06-54-05中图分类号:P228

文献标识码:B

收稿日期:∗2015—10—12

作者简介:王建文(1972—),男,高级工程师,注册测绘师,主要从事工程测量、城市规划测量工作。