GPS数据处理中IGS站点选取的研究.doc

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1、文章编号 : 0494 20911 ( 2009 ) 08 20032 204中图分类号 : P228. 4文献标识码 : BGPS数据处理中I GS站点选取的研究曹泉根 ,安艳辉 ,丁玉平(江苏省测绘工程院 ,江苏 南京 210013 )S tudy of IGS S ta t ion s Se lec t ion in GPS D a ta Proce ss in gCAO Q uangen, AN Yanhu i, D IN G Yup ing摘要 :近年来 , IGS基准站的选取是 GPS数据处理中讨论的热点问题 。但到目前为止 ,该问题仍然没有得到解决 。从理论和实践两个方面对该问题

2、进行研究 ,首先从理论上分析 IGS基准站选取的几何意义和统计意义 , 然后利用已知精确坐标的 IGS站点的 GPS观测数据作为试验数据 ,从不同分布情况以及不同 IGS站点个数两个方面 ,分析 IGS站点选取对坐标内外符合精度的影响 ,最 后给出对于不同要求高精度 GPS数据处理的 IGS站点选取原则 。关键词 : IGS; GPS; GPS数据处理 ; 内符合精度 ;外符合精度对于高精度的 GPS数据处理 ,起算站点的选取至关重要 ,选取不当 , 对 处理 结 果的 影响 将 是系 统 性的 1 24 。而对于较大范围的 GPS数据处理 来讲 ,一般都选择具有高精度地心坐标的 IGS基准站

3、 。因此 ,国内外不少学者对 GPS数据处理的 IGS站点选 取进行了探讨 5 28 ,但对于 IGS站点的选取原则还没 有较好结果 。本文基于 JSCOR S站点的计算对其进行深入研究 , 并得到 较 好的 结果 , 为 较大 范 围高 精 度的 GPS数据处理提供 IGS选取依据 。则m Z = m H sin B( 2 )由式 ( 2 ) 可看出 , H 的误差直接影响到 Z 的精度 , 且与纬度 B 成正弦关系 , 即 H 对 Z 的影响在南 北半球符号相反 , 纬度越高 , H 对 Z 的影响越大 ; 当 B 等于 90 时 , H 的误差值就等于 Z 的误差值 。因此同时选取南北半

4、球的 IGS站点作为起算控制点 ,可以起到相互抵偿的效果 , 且纬度越低 H 对 Z 的影 响越小 , 也就是说在 赤 道附 近的 站 点应 优先 考 虑 ,但如果全部选择赤道附近的站点 , 所构成的图形分布不佳 , 最终解算结果也不是最优的 。一 、IGS站点选取的意义 9 2. 基准站选取的统计意义1. 基准站选取的几何意义如图 1所示 , 设地面点 P, 其大地坐标为 ( B , L , H ) , 相应的空间直角坐标系中的坐标为 ( X , Y, Z ) 。IGS基准站选取的点位分布不同 , 将产生不同的结果 。基准站的选取除从几何上考虑外 ,还应有 足够的数量 ,以获得所需要的统计强

5、度 。当选定 IGS基准站与区域 GPS网一起平差时 ,平差模型及解为XGX IV =A1A2- L( 3 )- 1- 1Q X G =MN 11 M( 4 )( 5 )- 1- 1Q X I =M(N 22 + P I ) M图 1 H 对 Z 的影响示意图式中TTA1 PA1A1 PA2M =设 P 点高程有 dH 的误差 , 则其对差影响为dZ = dH sin BZ 坐标的误A TT2 PA1A2 PA2 + P I其中 , P I 为 IGS基准站坐标向量 X I 的先验权阵 。由上式可知 , 平差后 GPS点坐标精度不仅与观 测精度 P 和 IGS基准站的先验权有关 , 还与系数阵

6、( 1 )收稿日期 : 2009 206 202作者简介 : 曹泉根 ( 1964 2) ,男 ,江苏太仓人 ,高级工程师 ,研究方向为基础地理信息数据采集 。A1 , A2 有 关 , 即 与 所 选 IGS 基 准 站 的 位 置 和 数 目有关 。由以上讨论可知 , IGS基站的选取所涉及的内 容很多 , 不同的图形分布 、不同的选取个数 、不同的 距离等都对最后的计 算 结果 有影 响 。本 文 主要 研究不同 图 形 分 布 及 不 同 选 取 个 数 对 计 算 结 果 的 影响 。半球 ; 全部分布在南半球 ; 全部分布在赤道 ; 南北半球平均分布 。每种方案所选站点如下 : H

7、 YD E, GUAM , YSSK, IR KT / GUAM , YSSK, POL2 , RAMO; LA EL , BA KO , COCO , N TU S /BA KO , LA EL ,AL IC , COCO; TW TF, GUAM , H YD E, P IMO / GMAD , P IMO , GUU G, H YD E; YA KT, AL IC, KO KB , DA KA / YA KT, NNOR , MA S1 , M KEA。( 2 ) 结果及其分析从表 2中可以看出 ,对于高程来讲 ,选取南北半 球对称的 IGS站点得到的结果误差小 ,其次是全部 选择北半球

8、 , 全部为赤 道附 近 , 最后 为 全部 为南 半 球 ;对于平面方向上来 讲 , 为选 取均 匀 分布 于待 求 点周围的 IGS时 ,其精度最好 ,其次是位于南北半球 平均分布 ,赤道 ,最后为南半球 。分析其原因 ,对于 高程 Z 值的精度来讲 , 之所以选取南北半球对称的 IGS站点时 , Z 值精度最好 , 是因为 Z 坐标误差随纬 度 B 的变化曲线南北半球正好相反 ,同时选取南北 半球对称的 IGS站点具有相互抵偿性 ; 对于方案 二 、IGS基站选取研究本次试验采用 GAM IT软件和武汉大学编制的 POW ERN ET科研版软件进行解算 。以中国地区的 IGS站 KUNM

9、 , WUHN , BJFS, URUM , LHA S作为未知 点 ,其他地方的 IGS作为已知点 。1. GAM IT参数设置GAM IT软 件 进 行 解 算 时 , 其 主 要 参 数 设 置 如 表 1。表 1 GAM IT软件主要参数设置项目参数值IGS跟踪站坐标约束 (N ER ) /mGPS监测站坐标约束 (N ER ) /m0. 005, 0. 005, 0. 0109. 999, 9. 999, 9. 999其他参数使用 GAM IT默认设置来讲 ,其图形分布较为相似 ,但其精度相差较大 。其原因是方案 选 取的 IGS站 点均 分 布在 赤道 附近 ,但其精度又比方案 和

10、 较 差 , 是 因为 它们 的 图形分布 较 为 均 匀 , 这 也 说 明 了 计 算 结 果 不 仅 与 IGS站点的位置有关 ,还与其图形分布有关 。2. 不同图形分布的试验( 1 ) 方案在 IGS站点选取上 ,有以下四种 : 均位于北表 2IGS站点分布方案不同对三维坐标的影响 (外符合精度 )m第一天数据第二天数据平均方案XYZXYZXYZ0. 002 70. 005 70. 004 00. 008 30. 001 40. 016 60. 010 60. 008 70. 004 30. 004 60. 016 40. 002 30. 001 00. 007 20. 018 60.

11、 011 30. 003 90. 039 90. 015 80. 004 10. 003 60. 003 90. 007 20. 002 50. 001 90. 006 50. 011 30. 009 80. 002 70. 028 30. 013 20. 006 40. 004 00. 004 30. 011 80. 002 4由以上结果可知 ,对于不同的目的选取的IGS3. 不同点数的试验为了全 面地 反应 不 同 IGS 站点 数对 区 域 GPS 解算结果的影响 ,本实验分别对选取全部分布于北 半球 、分布于南北半球 、分 布于 全球 等 多种 分布 方 案的不同 IGS站点个数从 2

12、 个到 12 个作了计算分析 ,并分别对基线计算结果的内符合精度和外符合 精度 进 行 了 比 较 (在 计 算 时 , 假 设 SO PAC 公 布 的 IGS站坐标为真值 ,即用该真值与计算结果得到外 符合精度 ,内符合精度直接从 GAM IT软件得到的 O站点方案应有所区别 。在对平面方 向 精度 要求 较高时 ,应选取 未 知 点 周 围 的 , 并 且 分 布 均 匀 的 IGS 站点作为约束 ,进行联合平差 ; 但是对于高 程精 度 要求较高 的 情 况 , 应 选 取 南 北 半 球 对 称 的 IGS站 作为约束 站 点 进 行 联 合 平 差 ; 对 于 平 面 和 高 程

13、精 度要求均 高 的 情 况 , 首 先 选 取 南 北 半 球 分 布 均 匀 的 IGS站点 ,如果精度不能满足 要 求 , 可以 采用 平 面和高程分别计算 ,直到满足要求 。图 2 为各基线分量分别在 X , Y, Z 三个方向上的内符合精度折线图 ,由图 2可知 ,随着 IGS点数的 增加 ,基线计算结果的内符合精度逐渐降低 ,但 IGS 站点的个数到达一定的个数时 ,基线结果的内符合 精度趋于稳定 。分别选取了 52 , 57 , 62 个 IGS站点进行基线结算 , 得到 的 基线 精度 仅仅 比 选取 13 个IGS点数为 57个时的精度差 。从图 2、图 3 可看出 ,在计算

14、区域 GPS网时 ,对 于内符合精度来说 ,基线结果随着 IGS点数的增加 , 精度有提高的趋势 ,但当 IGS点数到达一定值时 ,精 度不再提高 , 表 现趋 于稳 定 。对 外 符合 精度 来 说 ,并不是 IGS站点的个数和区域 GPS计算结果成正 比关系 。相反对于外符合精度来说 ,当 IGS站点的 个数到达一定的数量后 ,依其计算的区域 GPS误差IGS站点得到的精度小上结论相吻合 。0. 000 7。该结果正好与以不是呈现稳定的下 降趋 势 , 而是 表 现出 不稳 定 性 。由上面分析可知 ,在计算区域 GPS时选择 5 7 个IGS站点为最佳 。为了确保这一结论的正确性 , 分

15、 别选择 25 个未知点进行如上试验 ,最终得到了相同的结论 。即在进行区域站为最优选择 。GPS时选取5 7 个IGS图 2 各方向内符合精度随IGS点数的关系为全面反映该方案的效果 ,对计算结果的外符合精度也进行了计算 ,结果如图 3 所示 。由图 3 可知 ,基线结果的外符合精度并非是随IGS站点的个数增加而降低的 ,但是对于 Z 方向的 误差来说 ,当 IGS 点数 到达 5 7 个 时是 最 为稳 定的 ,之后将 IGS点数增加到 12 时 ,外符合精度并没有发生变化 。相反的 , IGS点数超过 13 时 , 精度反 而有降低的趋势 。也做了 52 , 57 , 62 个 IGS点

16、的试 验 ,由它们得到的基线结果在外符合精度上反而比图 3 基线各方向外符合精度随IGS点数的关系三 、结论不同的 IGS站点选取方案得到的 GPS解算坐标结果相差较大 ,甚至达厘米级 ,这对于高精度 GPS测量来说 是 不允 许的 。经研 究 , 对于 不 同的 要求 ,在 IGS分布位置的选择应采用不同的标准 :1. 如果计算对高程精度要求高 ,则应选取南北 半球对称的 IGS站点作为起算数据 ;2. 如果计算对平面精度要求高 ,则应选取取均 匀分布于待求点周围的 IGS点作为起算数据 ;3. 对于 IGS站点个数的选择来讲 ,应选择 5 7个 IGS点作为起算数据 ,计算结果最为理想 。

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21、9 3 (上接第 23 页 )HCMO ST模型与 MO ST模型 、离散模型相比 ,其 优点如下 :1. 能处理对移动目标的历史 、当前和未来的位置信息的查询分析 。2. 对历史单元中的轨迹采用三次 H e rm ite插值 函数模拟 ,这样对移 动 目标 轨迹 的模 拟 更精 确 , 使得查询结果精确度更高 。同时 ,由于大多数的运动 不会突然拐弯 ,因此采用线性函数来描述就显得不 够自然 , 而采用三次 H e rm ite 插值函数描述的轨迹 是平滑的 ,比较自然 。3. 对当前单元中的轨迹的误差进行了处理 ,从而能对 移 动 目 标 未 来 时 刻 的 位 置 进 行 带 误 差 的

22、 预测 。4. 相同路线建立共享列表的方式 ,提高模型的 计算效率 。表中 ,该模型在精度和效率方面有明显提高 。参考文献 :张爱武 ,张彩明 . 形状插值的 H e rm ite曲线 J . 计算 机辅助设计与图形学学报 , 2007, 19 ( 4) : 4542459.沈兵 ,吴联银 . 一种基于 H e rm ite插值的离散点的构造 曲面的新算法 J . 计算机辅助设计 与 图 形 学 学 报 ,1999 , 11 ( 2 ) : 112 2114.赖瞬男 ,吴学礼 ,汪国平 . 三次 H e rm ite 样条曲线形状 的交 互 修 改 J . 计 算 机 应 用 研 究 , 20

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