基于PPP 技术的省级CORS 站点速度场及稳定性研究

林晓静

（1. 湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074）

1 HBCORS概况

HBCORS 系统包含参考站网子系统、数据通信子系统、系统控制中心、数据中心、用户应用子系统等5 个子系统，系统运行情况稳定，注册用户量达到400余家单位，上线用户达到100个/d左右。其中参考站网子系统包括90个基准站的双系统观测网络，站点均匀覆盖全省，站平均间距40～50 km。随着2017 年湖北省北斗地基增强系统的建设完成[1-3]，基准站站点上均已安装天宝GPS接收机和国产北斗接收机，实现了HBCORS与湖北省北斗地基增强系统双系统运行的模式，为全省用户提供GPS及北斗高精度定位服务。

2 数据处理

获取HBCORS基准站坐标时间序列既可采用双差定位技术，也可采用非差模式的PPP技术。相比于传统的双差定位，PPP 具有数据处理简便、高效的特点，同时PPP利用GNSS服务IGS，提供的精密星历和精密钟差等产品可以提供基于ITRF 框架的坐标值，可以避免双差解算中由于其他站点观测数据以及区域性网平差带来的坐标值影响。因此，本文采用PPP技术解算HBCORS基准站坐标。

2.1 精密单点定位软件Trip

Trip 软件是武汉大学开发的PPP 软件，该软件可以处理单台GPS 双频接收机的非差伪距与相位观测值，单点静态定位的精度达到毫米级到厘米级，单点动态定位的精度达到厘米级到分米级，并且可以直接得到ITRF 框架下的坐标，同时在解算过程中不需要加入已知站点参与解算，不会受到解算距离的限制，可用于运动载体的动态定位以及对流层参数估计等。

2.2 数据收集整理

笔者收集了HBCORS站点2015—2019年近5年来8月份的历史观测数据，用Trip软件进行PPP单天定位解算，统计各站点历年来坐标值的变化情况。为了获得高精度的速度场，应尽可能采用观测时间较长、数据完整性较高的数据。由于其中部分站点迁移或者天线更换及接收机损坏等原因，没有8月份的观测数据或者观测产生中断不连续的情况，选取90个站点中5 年来每年8月份的连续观测的65个站点的观测数据进行解算。

2.3 数据解算

数据解算参数设置如下：①观测数据为65 个基准站2015—2019 年8 月份采样率为30 s 的日观测文件；②采用IGS 提供的事后精密星历及精密钟差产品，站点坐标参考框架为ITRF2014；③将接收机钟差当做参数进行估计；④对流层改正选用萨斯坦莫宁（Saastamoinen）模型；⑤采用IGS 提供的天线文件改正接收机天线L1、L2相位中心偏差；⑥进行地球潮汐改正；⑦观测卫星截止高度角为5°，观测数据历元采样间隔为30″。

3 站点速度场及稳定性分析

3.1 PPP解算结果精度评定

利用Trip 软件解算所有测站2015—2019 年8 月份单天观测数据，剔除定位解算结果中存在的粗差（由于当天观测数据时长过短或者其他因素引起的定位结果误差太大），以2015年8月份（31 d）的坐标值取平均值作为该站点2015年8月份的坐标值，评定Trip软件PPP解算的内符合精度。如图1所示，选取了ES01（恩施），SY01（十堰），YC01（宜昌），TM01（天门），WH03（江夏），JZ01（荆州）等6个站的解算结果进行分析（因为篇幅限制此处给出了ES01、SY01、YC01 3 个站点的图），统计各站点的解算中误差精度，结果表明PPP单天解算结果在平面达到毫米级的精度，高程方向达到1～2 cm 左右到的精度水平，因此可以用此次算例的结果分析湖北CORS 站点的速度场及稳定性。

图1 HBCORS部分站点PPP单天解内符合精度

3.2 水平速度场分析

为了分析HBCORS 站2015—2019 年站点运动速率，以各站点2015年的坐标成作为测站的坐标值，统计2015—2019年测站的坐标值变化，并计算出站点的运动速度（图2）。

图2 HBCORS参考站在ITRF2014框架下的水平速度场

图2表示了HBCORS 参考站在ITRF2014 框架下的水平速度场（其中红色箭头是单位长度，表示每年1 mm的长度，图3与图4同理），表1列出了速度值的相应区间以及站点的速度场的中误差，其中E 方向的平均运动速度为34.3 mm/a，N 方向的平均运动速度为-12.5 mm/a，解算精度均优于1 mm/a；垂直U方向平均运动速度为-0.2 mm/a，解算精度优于1.5 mm/a。由于这里是所有测站取平均值，故高程方向数值较小，实际上高程方向上升或者下降的幅度在2～8 mm。综合图3和表1来看，HBCORS参考站整体上向东南方向移动，各个站的运动趋势基本保持一致，在东西方向存在34.3 mm/a，南北方向上约12.5 mm/a的运动趋势。

表1 ITRF2014框架下HBCORS 6个参考站的三维速度估值及中误差统计/（mm/a）

图3 HBCORS参考站ITRF2014框架下的垂直速度场

3.3 垂直速度场分析

图3为湖北CORS 参考站在ITRF 框架下的垂直速度场，从图3 可以看出HBCORS 站绝大多数参考站垂直方向上比较稳定。需要指出的是，通常需要4～6 a甚至更长时间连续观测的数据才能获得较为客观准确的CORS站的垂向速度场。然而，本次收集到的CORS站观测数据仅为每年8 月份的观测数据，时间序列的连续性不够，因此垂直方向上季节性及周期性的运动无法做详细的研究，所以这里得到的仅是初步结果，需要积累更长时间的观测数据才能获得准确的垂向速度场。粗略看出湖北北部有部分地区呈现抬高的趋势，并且湖北中东部沉降趋势较为明显，整体存在2～5 mm/a的沉降。

笔者将本次计算结果与文献[4]、[5]中关于HBCORS 站的速度场的研究做了对比分析，在水平方向上和垂直方向上的速度场数值接近，验证了本次实验计算结果的可靠性与准确性。

3.4 HBCORS站点稳定性分析

前文分析了利用HBCORS站点分析湖北省的水平和垂直速度场，为了探讨HBCORS 站点本身的稳定性，需扣除本身所处欧亚板块的运动速度，故将各站ITRF2014 框架下的速度转换至欧亚板块框架下[6]，转换后得到HBCORS站相对于欧亚大陆的运动速度（图4），其中测站在为E、N方向平均运动速度分别为7.1 mm/a、-3.7 mm/a，测定精优于1 mm/a。与文献[7]、[8]给出华南地块6～11 mm/a 的运动速度基本一致，但由于板块运动的复杂性，数值上仍存在一定偏差。

图4 HBCORS站相对于欧亚大陆的运动速度

4 结 语

本文利用湖北省北斗基准站2015—2019年期间每年8 月份的观测数据，剔除部分缺少8 月份观测数据和存在粗差的站点，最终选取65个基准站。通过分析近5 年来各站点的坐标时间序列，分析了站点的稳定性，并初步建立了湖北的速度场。结果表明：

1）利用PPP非差模式可以对省级CORS站点的速度场及稳定性进行分析计算，且计算过程简单易操作，计算精度高，可靠性强，不需要联合外部IGS基站建立控制网进行整网约束平差，单站即可独立解算。

2）HBCORS参考站整体上存在东西方向34.3 mm/a，南北方向12.5 mm/a 的运动趋势，与ITRF 框架下华南地区的水平运动速度具有较好的一致性；在高程方向上整体存在2～5 mm/a的沉降，其中湖北北部呈现略微抬高的趋势，湖北中东部沉降趋势较为明显，整体存在2～5 mm/a的沉降。由于本次收集到的CORS站观测数据较短，所以这里得到的仅是初步结果，尤其是高程方向的运动本次不具体分析探讨，因为更加准确的湖北CORS 速度场需要积累5 年甚至更长的观测数据才能得到。

3）HBCORS站点稳定性良好，在扣除欧亚大陆板块运动速度之后，站点的水平运动速度为其中测站在为E、N方向平均运动速度分别为7.1 mm/a、-3.7 mm/a，基准站总体稳定性良好，没有明显的运动速度。