林曉靜

（1. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

1 HBCORS概況

HBCORS 系統(tǒng)包含參考站網(wǎng)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、系統(tǒng)控制中心、數(shù)據(jù)中心、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)等5 個子系統(tǒng)，系統(tǒng)運行情況穩(wěn)定，注冊用戶量達到400余家單位，上線用戶達到100個/d左右。其中參考站網(wǎng)子系統(tǒng)包括90個基準站的雙系統(tǒng)觀測網(wǎng)絡(luò)，站點均勻覆蓋全省，站平均間距40～50 km。隨著2017 年湖北省北斗地基增強系統(tǒng)的建設(shè)完成[1-3]，基準站站點上均已安裝天寶GPS接收機和國產(chǎn)北斗接收機，實現(xiàn)了HBCORS與湖北省北斗地基增強系統(tǒng)雙系統(tǒng)運行的模式，為全省用戶提供GPS及北斗高精度定位服務(wù)。

2 數(shù)據(jù)處理

獲取HBCORS基準站坐標時間序列既可采用雙差定位技術(shù)，也可采用非差模式的PPP技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的雙差定位，PPP 具有數(shù)據(jù)處理簡便、高效的特點，同時PPP利用GNSS服務(wù)IGS，提供的精密星歷和精密鐘差等產(chǎn)品可以提供基于ITRF 框架的坐標值，可以避免雙差解算中由于其他站點觀測數(shù)據(jù)以及區(qū)域性網(wǎng)平差帶來的坐標值影響。因此，本文采用PPP技術(shù)解算HBCORS基準站坐標。

2.1 精密單點定位軟件Trip

Trip 軟件是武漢大學(xué)開發(fā)的PPP 軟件，該軟件可以處理單臺GPS 雙頻接收機的非差偽距與相位觀測值，單點靜態(tài)定位的精度達到毫米級到厘米級，單點動態(tài)定位的精度達到厘米級到分米級，并且可以直接得到ITRF 框架下的坐標，同時在解算過程中不需要加入已知站點參與解算，不會受到解算距離的限制，可用于運動載體的動態(tài)定位以及對流層參數(shù)估計等。

2.2 數(shù)據(jù)收集整理

筆者收集了HBCORS站點2015—2019年近5年來8月份的歷史觀測數(shù)據(jù)，用Trip軟件進行PPP單天定位解算，統(tǒng)計各站點歷年來坐標值的變化情況。為了獲得高精度的速度場，應(yīng)盡可能采用觀測時間較長、數(shù)據(jù)完整性較高的數(shù)據(jù)。由于其中部分站點遷移或者天線更換及接收機損壞等原因，沒有8月份的觀測數(shù)據(jù)或者觀測產(chǎn)生中斷不連續(xù)的情況，選取90個站點中5 年來每年8月份的連續(xù)觀測的65個站點的觀測數(shù)據(jù)進行解算。

2.3 數(shù)據(jù)解算

數(shù)據(jù)解算參數(shù)設(shè)置如下：①觀測數(shù)據(jù)為65 個基準站2015—2019 年8 月份采樣率為30 s 的日觀測文件；②采用IGS 提供的事后精密星歷及精密鐘差產(chǎn)品，站點坐標參考框架為ITRF2014；③將接收機鐘差當做參數(shù)進行估計；④對流層改正選用薩斯坦莫寧（Saastamoinen）模型；⑤采用IGS 提供的天線文件改正接收機天線L1、L2相位中心偏差；⑥進行地球潮汐改正；⑦觀測衛(wèi)星截止高度角為5°，觀測數(shù)據(jù)歷元采樣間隔為30″。

3 站點速度場及穩(wěn)定性分析

3.1 PPP解算結(jié)果精度評定

利用Trip 軟件解算所有測站2015—2019 年8 月份單天觀測數(shù)據(jù)，剔除定位解算結(jié)果中存在的粗差（由于當天觀測數(shù)據(jù)時長過短或者其他因素引起的定位結(jié)果誤差太大），以2015年8月份（31 d）的坐標值取平均值作為該站點2015年8月份的坐標值，評定Trip軟件PPP解算的內(nèi)符合精度。如圖1所示，選取了ES01（恩施），SY01（十堰），YC01（宜昌），TM01（天門），WH03（江夏），JZ01（荊州）等6個站的解算結(jié)果進行分析（因為篇幅限制此處給出了ES01、SY01、YC01 3 個站點的圖），統(tǒng)計各站點的解算中誤差精度，結(jié)果表明PPP單天解算結(jié)果在平面達到毫米級的精度，高程方向達到1～2 cm 左右到的精度水平，因此可以用此次算例的結(jié)果分析湖北CORS 站點的速度場及穩(wěn)定性。

圖1 HBCORS部分站點PPP單天解內(nèi)符合精度

3.2 水平速度場分析

為了分析HBCORS 站2015—2019 年站點運動速率，以各站點2015年的坐標成作為測站的坐標值，統(tǒng)計2015—2019年測站的坐標值變化，并計算出站點的運動速度（圖2）。

圖2 HBCORS參考站在ITRF2014框架下的水平速度場

圖2表示了HBCORS 參考站在ITRF2014 框架下的水平速度場（其中紅色箭頭是單位長度，表示每年1 mm的長度，圖3與圖4同理），表1列出了速度值的相應(yīng)區(qū)間以及站點的速度場的中誤差，其中E 方向的平均運動速度為34.3 mm/a，N 方向的平均運動速度為-12.5 mm/a，解算精度均優(yōu)于1 mm/a；垂直U方向平均運動速度為-0.2 mm/a，解算精度優(yōu)于1.5 mm/a。由于這里是所有測站取平均值，故高程方向數(shù)值較小，實際上高程方向上升或者下降的幅度在2～8 mm。綜合圖3和表1來看，HBCORS參考站整體上向東南方向移動，各個站的運動趨勢基本保持一致，在東西方向存在34.3 mm/a，南北方向上約12.5 mm/a的運動趨勢。

表1 ITRF2014框架下HBCORS 6個參考站的三維速度估值及中誤差統(tǒng)計/（mm/a）

圖3 HBCORS參考站ITRF2014框架下的垂直速度場

3.3 垂直速度場分析

圖3為湖北CORS 參考站在ITRF 框架下的垂直速度場，從圖3 可以看出HBCORS 站絕大多數(shù)參考站垂直方向上比較穩(wěn)定。需要指出的是，通常需要4～6 a甚至更長時間連續(xù)觀測的數(shù)據(jù)才能獲得較為客觀準確的CORS站的垂向速度場。然而，本次收集到的CORS站觀測數(shù)據(jù)僅為每年8 月份的觀測數(shù)據(jù)，時間序列的連續(xù)性不夠，因此垂直方向上季節(jié)性及周期性的運動無法做詳細的研究，所以這里得到的僅是初步結(jié)果，需要積累更長時間的觀測數(shù)據(jù)才能獲得準確的垂向速度場。粗略看出湖北北部有部分地區(qū)呈現(xiàn)抬高的趨勢，并且湖北中東部沉降趨勢較為明顯，整體存在2～5 mm/a的沉降。

筆者將本次計算結(jié)果與文獻[4]、[5]中關(guān)于HBCORS 站的速度場的研究做了對比分析，在水平方向上和垂直方向上的速度場數(shù)值接近，驗證了本次實驗計算結(jié)果的可靠性與準確性。

3.4 HBCORS站點穩(wěn)定性分析

前文分析了利用HBCORS站點分析湖北省的水平和垂直速度場，為了探討HBCORS 站點本身的穩(wěn)定性，需扣除本身所處歐亞板塊的運動速度，故將各站ITRF2014 框架下的速度轉(zhuǎn)換至歐亞板塊框架下[6]，轉(zhuǎn)換后得到HBCORS站相對于歐亞大陸的運動速度（圖4），其中測站在為E、N方向平均運動速度分別為7.1 mm/a、-3.7 mm/a，測定精優(yōu)于1 mm/a。與文獻[7]、[8]給出華南地塊6～11 mm/a 的運動速度基本一致，但由于板塊運動的復(fù)雜性，數(shù)值上仍存在一定偏差。

圖4 HBCORS站相對于歐亞大陸的運動速度

4 結(jié) 語

本文利用湖北省北斗基準站2015—2019年期間每年8 月份的觀測數(shù)據(jù)，剔除部分缺少8 月份觀測數(shù)據(jù)和存在粗差的站點，最終選取65個基準站。通過分析近5 年來各站點的坐標時間序列，分析了站點的穩(wěn)定性，并初步建立了湖北的速度場。結(jié)果表明：

1）利用PPP非差模式可以對省級CORS站點的速度場及穩(wěn)定性進行分析計算，且計算過程簡單易操作，計算精度高，可靠性強，不需要聯(lián)合外部IGS基站建立控制網(wǎng)進行整網(wǎng)約束平差，單站即可獨立解算。

2）HBCORS參考站整體上存在東西方向34.3 mm/a，南北方向12.5 mm/a 的運動趨勢，與ITRF 框架下華南地區(qū)的水平運動速度具有較好的一致性；在高程方向上整體存在2～5 mm/a的沉降，其中湖北北部呈現(xiàn)略微抬高的趨勢，湖北中東部沉降趨勢較為明顯，整體存在2～5 mm/a的沉降。由于本次收集到的CORS站觀測數(shù)據(jù)較短，所以這里得到的僅是初步結(jié)果，尤其是高程方向的運動本次不具體分析探討，因為更加準確的湖北CORS 速度場需要積累5 年甚至更長的觀測數(shù)據(jù)才能得到。

3）HBCORS站點穩(wěn)定性良好，在扣除歐亞大陸板塊運動速度之后，站點的水平運動速度為其中測站在為E、N方向平均運動速度分別為7.1 mm/a、-3.7 mm/a，基準站總體穩(wěn)定性良好，沒有明顯的運動速度。