gnss數據處理中框架點的選取方法研究

1、第 3 1 卷 第2 期 2011年 4月大 地 測 量 與 地 球 動 力 學 J OURN ALOFGE ODE S Y ANDC E0DY NAMI C SV0 1 ． 3 1No ． 2A p r ．， 2 0 1 1文章編號 ： 1 6 7 1 — 5 9 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 2 - 0 1 3 3 - 0 5G N S S數 據 處 理 中框 架 點 的選 取 方 法 研 究 高樂 成英燕 鄭作 亞

2、劉立 張 勇／ 1 ) 中國測繪科學研究院 ， 北京 1 0 0 8 3 0 、＼ 2 ) 山東科技大學測繪學院， 青島 2 6 6 5 1 0 ／摘 要 總結一種確定剛體板塊內穩(wěn)定臺站選取的方法， 即首先分析各臺站的數據質量， 然后利用 7 參數法進行 精選 ， 并對精選 臺站進行 監(jiān)督 分類 ， 最 后使 臺站空間分布均勻化 ， 以此選擇 G N S S 數據處理 中的 I G S 框架點 ， 以建立 精確 的地球參考框架 。關鍵

3、詞 剛性板塊 ； 板塊運動模型； 速度場 ； 框架 ； 臺站 中圖分 類 號 ： P 2 2 7文 獻標 識碼 ： AS TUDY oN M ET HoD F oR F RAM E S TATI oNSCH oS EN I N GNS SDATA PROCES S I NG Ga oL e，， C h e n gYi n g y a n ¨，Z h e n gZ u o y a，，L i uL i) a n dZ

4、 h a n gYo n g)／ 1 ) C h i n e s eA c a d e m yo fS u r v e y i n ga n dMa p p i n g ， B e r i n g1 0 0 8 3 0＼＼ 2 ) S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， Q i n g d a o2 6 6 5 1 0 ／A

5、b s t r a c tT h es t a t i o n sc o n s t r a i n e do ni n t e ma t i o n a lt e r r e s t r i a 1I ． e fr e n c efa m e( I T R F )a r eu s u a 1 1 vc h o s e nw i t hs o mer a n d o m a n du n c e r t a i n t i e s ，

6、w h i c hd i r e c t l ya f f e c t st h ep r e c i s i o na n dr e l i a b i l i t yo fI T RF ．As y s t e m me t h o dt os e —l e c ts t a t i o n so nt h er i g i dp l a t ew a ss u mma r i z e d ． F i r s t l y ，a n

7、a l y s i n gt h eq u a l i t yo fd a t aa te a c hs t a t i o n， t h es e c o n ds t e pi sr i g o r o u ss e l e c t i o no ft h es t a t i o n s7p a r a me t e r st r a n s f o r ma t i o n ．T h et h i r ds t e pi ss

8、u p e r v i s i o nc l u s t e r i n gt oe l i mi n a t es o mes t a t i o n st h a ti sl a r g e l ya f f e c t e db yl o c a ld i a s t r o p h i s m a n df i n a l l y ， wema k es t a t i o n swe l l · p r o p o

9、 r t i o n e ds p a c i a ld i s t r i b u t i o n ．W i t hb yu s i n gt h eme t h o d，I GSf la mes t a t i o nc a nb ec h o s e ni nG NS Sd a t ap r o c e s s i n gt oe s t a b l i s hh i g hp r e c i s i o nt e r r e s

10、 t r i a lr e f e r e n c ef r a me ．Ke ywo r d s ： r i g i dp l a t e ；p l a t emo t i o nmo d e l ；v e l o c i t yf i e l d；f r a me； s t a t i o n1引言 為了研究地球各 圈層運動機制 ， 精確描述和確 定地球各種幾何與動力學特征 ， 以及滿足高精度測 量要求等 ， 需要建立一個高精度 的

11、、 長期穩(wěn)定 的地球 參考架 。I T R F 2 0 0 0 通 過以下 4條標 準選擇 臺站用 于參 考框架的定向¨J ： 1 )測站連續(xù)觀測 3年或 3年以上 ； 2 )i 貝 0 站位于剛性板塊并遠離形變 區(qū)域 ； 3 )測 站綜合解速度場精度優(yōu)于 3m m ／ a ； 4 ) 至少 3個 以上分 析 中心 的速度 場 殘差 小 于 3m m ／ a 。可見 ， 這些標準對于臺站的選擇具有不確定性 和隨意性。選擇的測站

12、 速度精度不 同， 其結果必然 不 同， 尤其是對測站較少的板塊影響更大。收稿 日期 ： 2 0 1 0 — 1 1 ． 2 7基金項 目： 國家基礎測繪項 目： 地心坐標系推廣應用 ( B 2 5 5 1 )作者簡介 ： 高樂 ， 男 ， 1 9 8 5 年生 ， 碩 士研究 生 ， 現(xiàn)從 事大地 測量數 據處理． E—m a i l ： s d g a o l e @1 6 3 ． C O B第 2期 高樂等 ： G N S S數

13、 據處 理中框架點 的選取方法研 究 l 3 5其中， r 為半徑 ， (， A ) 為站點的緯度 、 經度。寫成誤 差方 程 ：V=一 1( 1 3 )= ( AA)Az( 1 4 )用求出的模型參數 (， 6 0，； ) 計 算每個測 站 的 模 型 速 度 。 將 各 站 的 模 型 速 度 和 方 位 角 (m o d e l ， Am o d e 1 ) 與實測 速度和方 位角 (， A)相 比較 ， 剔除殘差項絕對值分別大

14、于 2 0 -和 2 0 - ” 的測 站 ， 剩下測站再依此方法進行剔 除， 直至沒有測站被 剔 除 。IP l? 一l < 2 o -， l ／ l。一 ／ lI < 2 0 - ”( 1 5 )式中， o r為板塊 內測站模型速度殘差 的中誤差 ， 0 - ” 為 方位角殘差中誤差 ， 以為速度的方位角 ， 定義為 ：n． 0 -=( ( V i ，一V一1 ，)+( v i ．一? I - f ． )) ] ／

15、 n } 享( 1 6 )( 1 7 )A=a r c t g ()( 1 8 )n 2 ． 3 臺站分布 均勻化 臺站空間分布均勻化的實現(xiàn) 可以采用分級柵格 化方法 ， 具體是 ： 1 ) 將 每個板塊 ( 或塊體 ) 按經緯度 進行柵格化 ， 將板 塊 ( 或塊體 ) 細分為 多個柵格 ； 2 )對柵格中的測站數 目進行統(tǒng)計 ， 求 出柵格 中測站數 量的均值 ； 3 ) 按剔除精度低 的測站 的原則 ， 對測站 數量大于均值的柵

16、格進行測站剔 除( 可采用監(jiān)督聚 類 中的方 法 進 行 剔 除 ) 。特 別 是 ， 使 用 聚類 方 法 進 行均勻 化處 理 時 ， 其 約 束 條件 要 更加 緊密 ， 則 式 ( 1 5 ) 變 為 ：flV P 】 a t e — m 。 d e l — —l <， (≤ 2 0 “ )f1 9 、【 l ／ I P l a l ? d1 一 ／ Il <， (- - ． <2 0 “ )3 算例結果與分析

17、 3 ． 1 算例 ( 1 ) —— 在 歐亞板塊 內選擇高精度 的 G N S S 框 架點 使用 I T R F 2 0 0 5 一 G P S ． S S C文件提供 的速度場數 據 ， 在 I T R F 2 0 0 5框架下， 歐亞板塊上基本滿足數據 質量分析 中 6 條原則 的臺站共有 1 2 6 個 ， 其分布如 圖 1 。利用公式( 9 ) 可求得 7參數 ， 然后利用式 ( 1 1 )求得歐亞板塊各測站殘差項 ， 絕

18、對值大于 2的 測站 被剔 除 ， 經過 多次 迭 代 ， 最 終 共 有 6 9個 測 站 符 合要求( 圖 2 ) 。將剩 余 的 6 9個 臺站 進 行 聚 類 分 析， 根 據 式 ( 1 8 ) 求 出歐亞板塊的歐拉矢量(，，) ， 然后 利用式( 1 6 ) 和( 2 0 ) 求得歐亞板塊各測站模型速度 。?和方位角 ／ I? ， 保 留符合 式 ( 1 9 ) 的臺站 。多次迭代后保留的站點有 5 6 個( 圖 3 )

19、。圖 1歐亞 板塊 經數據質量分析后 的臺站( 1 2 6個 )F i g ． 1S t a t i o n sa f t e rq u a l i t ya n a l y s i n gi nE u r a s i ap l a t e圖 2 經 7 參數精選 的臺站 ( 6 9 個 )F i g ． 2S t a t i o n sa f t e rp r e c i s ec h o i c ew i t h7p a r a m

20、e t e r sme t h o d圖 3 經 監(jiān) 督 分 類 后 保 留 的 臺站 ( 5 6個 )F i g ． 3S t a t i o n sa f t e rs u p e r v i s i o nc l u s t e r i n g為了使用站均勻分布 ， 對剩余 的 5 6 個 臺站進行 空間均勻化處理 。從 圖 3可 以看到 ， 在整個歐亞板 塊 上 ， 歐洲 地 區(qū)的 臺 站 較 為集 中 ， 分 布 十分 密集

21、， 因 此主要對歐洲地 區(qū)的臺站使用監(jiān)督分類的方法進行 均勻化處理 ， 這里使 = 0 -，= O - ” 。經過均衡化處 理后 ， 臺站最終確定有 3 2個 ， 其分布如圖 4 ( 方塊圖標是 I G S核 心站 ) 。由圖 4可見 ， 1 ) 整個 歐 亞 板 塊 所 保 留的 臺 站分 布較為均勻 ， 可以很好地反映整個歐亞板 塊的運動 特征 。2 ) 與 I T R F 2 0 0 5核 心 臺站 相 比較 發(fā) 現(xiàn) ， 整 個