CN114234935A - 一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法 - Google Patents
一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114234935A CN114234935A CN202110487673.4A CN202110487673A CN114234935A CN 114234935 A CN114234935 A CN 114234935A CN 202110487673 A CN202110487673 A CN 202110487673A CN 114234935 A CN114234935 A CN 114234935A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parameter
- parameters
- common
- matrix
- conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 47
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 14
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 14
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 8
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 3
- CUCUKLJLRRAKFN-UHFFFAOYSA-N 7-Hydroxy-(S)-usnate Chemical compound CC12C(=O)C(C(=O)C)C(=O)C=C1OC1=C2C(O)=C(C)C(O)=C1C(C)=O CUCUKLJLRRAKFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 201000002531 Karyomegalic interstitial nephritis Diseases 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- KIEDNEWSYUYDSN-UHFFFAOYSA-N clomazone Chemical compound O=C1C(C)(C)CON1CC1=CC=CC=C1Cl KIEDNEWSYUYDSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/42—Determining position
- G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明提供了一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，包括如下步骤：步骤一、获取单日区域松弛解；步骤二、进行区域基准站的稳定性分析，均匀选取稳定的特征点；步骤三、进行赫尔默特转换，均匀选取特征点；步骤四、通过对单日区域松弛解进行解析与恢复，构造区域整体法方程；步骤五、综合步骤二、步骤三所述特征点，选取拟稳点；步骤六、引入拟稳点构造的基准条件与法方程联合求解，得到待定点CGCS2000的最小约束解；该法方获得的成果可较好地实现区域参考框架成果的平稳过渡且最大程度保持与观测量图形属性的相似性，有效地解决了由已有成果向新成果过渡的衔接问题。
Description
技术领域
本发明属于大地测量技术领域，具体涉及一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法。
背景技术
中国是地质构造复杂的区域，板块运动规律在不同区域具有不同的区域特征，总体的表现为同向性与异向性并存，东部区域运动规律特征为明显的同向性，西部区域为异向性与同向性混叠的特征。在区域参考框架维持方面，对速度场模型的时变性与非线性的要求更高，实际上大部分基准站的瞬时位置存在明显的非线性变化，尤其在高程方向，季节性变化尤为明显。已有研究表明，如果基准站的观测时间短于2.5年，在计算线性速度时必须考虑季节性的变化，否则将导致错误的结果，因此对于速度场模型中存在的测站不连续性变化，测站观测时长较短以及技术系统误差引起的问题，都限制了区域参考框架的高精度维持。
自中国启用CGCS2000坐标系以来，全国各省市逐年逐区域化进行参考框架升级与更新，形成了多套不同时期的成果。由于早期的条件及技术的局限性，全国基准站较少且分布不均匀，同时CGCS2000是以ITRF97为参考框架，2000.0为参考历元的静态参考框架，距今有20余年。由于地壳运动引起的坐标年变化可达数厘米，因此在进行基准维持时，如果依旧采用强约束进行维持，将区域成果转换至框架站所在坐标参考框架时，将使板块运动的不一致性也一并引入连续运行基准站网中，导致框架维持结果产生一定的偏差，尤其在跨区域服务时，不同区域参考框架之间亦会存在不兼容的问题。
随着国内相关学者对基准维持研究的不断深入、国家基准维持手段的发展，尤其是现代测绘基准体系基础设施建设一期工程后，我国开展了全国 GNSS基准站参考框架维持与监测并发现早期参与CGCS2000参考框架维持的基准站在我国板块运动较大的地区已发生了较大的变化，不再适合采用强约束来进行基准框架维持。自全国卫星导航定位基准站网对全国基准站进行“一张网”维持以来，我国已经形成了最新的、动态的、高精度的CGCS2000 坐标系成果，因此，如何基于离散的短期数据并考虑块体间运动的异向性和块体内部相对稳定性，既顾及已有的不同时期的成果，同时考虑国家最新的 CGCS2000成果，实现区域参考框架坐标变化的平稳过渡是现有区域框架维持需要研究与解决的重点内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，包括如下步骤：
步骤一、获取单日区域松弛解；
步骤二、通过对单日区域松弛解进行处理，生成单天时间序列，进行区域基准站的稳定性分析，均匀选取稳定的特征点；
步骤三、通过对单日区域松弛解进行处理，获得CGCS2000结果、ITRF 框架瞬时结果，然后进行赫尔默特转换，均匀选取特征点；
步骤四、通过对单日区域松弛解进行解析与恢复，构造区域整体法方程；
步骤五、综合步骤二得到的稳定的特征点、步骤三得到的特征点，选取拟稳点；
步骤六、引入拟稳点构造的基准条件与法方程联合求解，得到待定点 CGCS2000的最小约束解。。
需要说明的是，上述步骤二～步骤四的顺序，可以灵活调换，不影响本方法的实现。
进一步的，所述步骤二中进行区域基准站的稳定性分析，均匀选取稳定的特征点的具体过程是：
其中，a为初始位置；b为速率；c,d,e和f分别为年、半年周期项系数；g为偏移；h为震后速率变化；k为震后速率衰减模型；v为误差；ti为时间；H为阶梯函数，y(ti)为单站、单分量坐标序列；
起算区域基准站的选取应满足四个原则：①连续性：测站在近1年内有连续观测；②稳定性：站点的坐标时间序列具有稳定“可知”的点位变化速度，稳定性好；③高精度：速度场精度应优于3mm/a；④平衡性：所选站点尽量均匀分布；
按照上述原则，选取区域内稳定的、残差变化最小的点作为特征点。
进一步的，所述步骤三、通过对单日区域松弛解进行处理，获得 CGCS2000结果、ITRF框架瞬时结果，然后进行赫尔默特转换，均匀选取特征点中的转换模型为：
Xref＝(1+D)·Rx(εx)·Ry(εy)·Rz(εz)·Xin+T (2)
式中：Xref为参考坐标矩阵；Xin为待转换坐标矩阵；Ri(εi)为沿三个坐标轴的欧拉角；T为平移向量矩阵。
进一步的，所述赫尔默特转换的过程为：
第一步：整体转换异常点剔除：将获取的所有待定点的松弛解与解算的ITRF框架瞬时结果进行基准转换，分析转换残差，剔除异常站点；
第二步：局部转换异常点分析：分子区再次进行赫尔默特基准转换，从各区域内选出均匀分布的，转换残差较小且稳定的点作为特征点。
进一步的，所述步骤四、通过对单日区域松弛解进行解析与恢复，构造区域整体法方程的过程是：
步骤1、对单日区域松弛解搜索公共跟踪站，对参数进行重排，生成转换矩阵；
步骤2、恢复法方程流程：
计算法方程系数：
计算法方程常数：
计算二次型：
其中
为输入基线文件中提取的参数估值，
为参数的方差协方差矩阵，b为法方程常数，
为单位权方差因子；
步骤3、获取无约束的参数解及法方程：从估计解方差阵中减去约束矩阵，具体表示为：
Nunc＝Dest-Dconst (6)
其中Nunc为去除先验约束后的法方程，Dest为估计解得方差阵，Dconst约束矩阵；
步骤4、采用参数重排生成的转换矩阵改造得到的解，采用参数预消除算法对非公共参数进行消除，得到所有天公共测站的无约束解与法方程。
进一步的，所述步骤1、对单日区域松弛解搜索公共跟踪站，对参数进行重排，生成转换矩阵具体过程为：
(1)仅有公共参数的重排
在多个输入文件中仅有公共参数，且公共参数的顺序不同时，我们可以将某一个文件的参数顺序设为标准顺序，剩余文件中的参数均按此顺序进行排序，假设标准顺序的参数列表为
其余n个文件的参数列表
那么
即按照下面得公式调整：
X＝AnXn (7)
式中An代表第n个输入文件的参数转换矩阵；构造转换矩阵的方法为，索引Xn与X中匹配的元素，当Xn中第i个值与X中第j个元素匹配时，令 An[j,i]＝1，第j行的其他值为0；
(2)公共参数和非公共参数均存在情况下的参数重排
在多个输入文件中同时存在K个公共参数和M个非公共参数时，分两步进行；第一步，首先进行公共参数重排，需对这n个文件的参数进行索引，将所有公共参数的列表
抽取出来，作为标准顺序，再对所有输入文件的参数顺序进行调整；公共参数部分
按下式进行转换：
第二步，非公共参数的排序，可以将XC视为Xc的扩展，将Xc与Xn的非公共参数部分添加到Xc的最后，以便于后面的参数消除；最终构造的An应该既包含公共参数部分，又包含非公共参数，对于公共参数部分，An构造方法与仅有公共参数的重排的方法相同；对于非公共参数部分，当第i个元素为非公共参数时，假设该非公共参数为第u个非公共参数，令 An[k+u,i]＝1，第k+u行的其他数值为0；
根据协方差传播率，有：
其中，Dn为由各个输入文件参数解得的协方差阵，DC为转换后的协方差阵，利用参数消除得到公共参数Xc的协方差阵Dc。
进一步的，所述步骤六、引入拟稳点构造的基准条件与法方程联合求解，得到待定点CGCS2000的最小约束解的具体过程是：将得到的法方程进行叠加，引入参数约束和基准条件，对其中选取的站点进行一定的约束，解算法方程，得到待解点的CGCS2000坐标系的最终估值：
拟稳基准模型可表达为：
式中，m为定义基准的基准点个数；
为第i个基准点的先验坐标；
平差模型可表示为
式中：
为观测残差向量；
为设计矩阵；
为待估参数向量；
为观测值向量，H为条件式的系数阵。
本发明的优点是：本发明提供这种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，针对我国CGCS2000推广过渡时期，由于条件限制，基准站少且分布不均匀及分批分区域进行的基准框架维持导致的不同区域不同时期区域参考框架成果的不兼容、不连续性问题，本专利提出了一种新的参考框架维持的方法，该方法顾及了板块运动异向性与局部的稳定性，选取整个区域质量好的拟稳点作为框架维持的基准，采用最小约束方法获取整个区域一致性较好的CGCS2000结果。通过算例验证了该方法的有效性与合理性，该法方获得的结果可较好地实现区域参考框架的平稳过渡且最大程度保持与观测量图形属性的相似性，有效地解决了由已有成果向新成果过渡的衔接问题。
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
附图说明
图1是顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法流程图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
本实施例提供了一种图1所示的顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，包括如步骤：
步骤一、获取单日区域松弛解；
步骤二、通过对单日区域松弛解进行处理，生成单天时间序列，进行区域基准站的稳定性分析，均匀选取稳定的特征点；
步骤三、通过对单日区域松弛解进行处理，获得CGCS2000结果、ITRF 框架瞬时结果，然后进行赫尔默特转换，均匀选取特征点；
步骤四、通过对单日区域松弛解进行解析与恢复，构造区域整体法方程；
步骤五、综合步骤二得到的稳定的特征点、步骤三得到的特征点，选取拟稳点；
步骤六、引入拟稳点构造的基准条件与法方程联合求解，得到待定点 CGCS2000的最小约束解。
进一步的，所述步骤一中获取单日区域松弛解是利用美国麻省理工学院的GAMIT/GLOBK软件10.70版本。该软件是由美国麻省理工学院(MIT)和加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所(SIO)研制的GNSS分析软件，主要基于双差解算模式，用于测站坐标和速度场、同震分析、震后分析、大气延迟、卫星轨道以及地球定向等参数的估计。
根据项目所在的区域，选取均匀的、高精度的、稳定的IGS站作为框架点，在收集的IGS站的控制下，对待定点进行单日数据处理。单日数据处理是以每站每日的GNSS载波相位观测量，伪距观测量为已知数据，获得双差观测方程，可以通过计算观测站位置、接收机钟差与卫星钟差，GNSS卫星轨道参数，大气延迟参数、地球定向参数EOP等多种参数，最终获得测站和卫星轨道的单日区域松弛解(h-file)，这个单日解给出了区域测站、极移和卫星参数的松弛解和方差-协方差矩阵。
主要任务包括：先验坐标的获取、主要参数设置和基线解算结果的检验等。
先验坐标的获取
采用差分获得待定点的先验坐标，具体为：选用国家连续运行基准站对待定点进行差分，获得其先验坐标，坐标精度可达0.1米以内。
数学模型
双差相位观测方程：
其中角标数字1、2分别表示L1和L2波段的载波相位观测量，单位为周；
f1为L1载波频率；
f2为L2载波频率；
τij为卫星和接收机之间的载波信号的几何传播延迟时间；
φij clock(tj)为卫星和接收机钟差引起的相位变化；
φij trop为对流层对载波信号传播的折射延迟；
kij为电离层折射影响；
vij为测量误差以及没有模型化的残余误差(如多路径影响)；
bij＝nij+δφj-δφi，其中nij为整周模糊度，δφj为接收机的初始相位偏差，δφi为卫星的初始相位偏差。
常用的消除电离层影响的组合是LC(ionospheric-free)观测量组合，记为：
LC＝L1-(g/(1-g2))·(L2-gL1)；g≈0.7792 (2)
基于L1和L2以及电离层延迟约束观测的载波相位观测数据之间的线性组合，形式如下：
这里：
在基线较短的控制网中，由于电离层延迟相关性很强，可通过在站间做差，消掉电离层的一阶影响；但对基线很长的控制网，电离层延迟的相关性就变得很差，基线解算时选用消除掉电离层影响的LC解更为合适。
主要参数设置
1)卫星轨道：采用IGS精密星历；
2)卫星截至高度角：10度；
3)历元间隔：30秒；
4)观测值：消除电离层后的组合观测值；
5)对流层改正模型：采用Saastamoinen模型进行标准气象改正；
6)太阳辐射压改正：BERNE模型；
7)对流层延迟模型：一阶高斯--马尔可夫；
8)基线解算坐标约束：起算点水平方向给予5cm、垂直方向给予10cm 的约束，待解算点给予10m的约束；
9)固体潮模型：IERS2010(IERS2010固体潮模型延续使用IERS2003 标准)；
10)海潮模型：FES系列海潮模型(FES2004)；
11)对流层映射函数模型：VMF1；
12)天顶延迟参数个数：13。
将标准格式的观测文件SITEDAYS.YYO、导航文件AUTODAYS.YYN、精密星历文件IGS_IGSWEEK.SP3(其中SITE为点位编码，DAY为年积日， S为时段号，YY为观测年号，IGSWEEK为GPS周，O为观测数据，N为导航电文，SP3为星历文件)按年积日存放，利用TEQC软件检查观测数据，剔除时长短，利用率低的数据；准备好表文件TABLES：包含antmod.dat、autcln.cmd、core、dcb.dat、gdetic.dat、hi.dat、leap.sec、lfile、luntab、nbody、nutabl、otides.dat、otlcmc.dat、pole.usno、rcvant.dat、sestbl、sittbl、soltab、station.info、svnav.dat、svs_exclude.dat、ut1.usno、vg_in等文件。其中lfile 为坐标文件，station.info为包含测站接收机、天线类型及天线高信息的文件， sittbl为控制文件。
基线解算结果的检验
基线结果检核包含同步环检核和基线重复性统计两个方面。
1、将基线解中直接提取的Nrms值作为同步环质量好坏的一个指标。
2、统计整网基线重复性，基线重复性按下式计算：
其中，n为同一基线的观测时段总数；Ci为一个时段基线分量或边长；
为i时段相应的Ci分量的方差；Cm为各时段的加权平均值。
对各基线边长、南北分量、东西分量和垂直分量的重复性进行固定误差和比例误差的直线拟合，作为衡量基线精度的参考指标。
经GAMIT软件解算后，获取按年积日存放的基线文件，进行基线质量检查，为后续数据处理做好准备。
进一步的，所述步骤二中进行区域基准站的稳定性分析，均匀选取稳定的特征点的具体过程是：
其中，a为初始位置；b为速率；c,d,e和f分别为年、半年周期项系数；g为偏移；h为震后速率变化；k为震后速率衰减模型；v为误差；ti为时间；H为阶梯函数，y(ti)为单站、单分量坐标序列；
起算区域基准站的选取应满足四个原则：①连续性：测站在近1年内有连续观测；②稳定性：站点的坐标时间序列具有稳定“可知”的点位变化速度，稳定性好；③高精度：速度场精度应优于3mm/a；④平衡性：所选站点尽量均匀分布；
按照上述原则，选取区域内稳定的、残差变化最小的点作为特征点。
需要说明的是，所述进行区域基准站的稳定性分析前需要使用GLRED 软件对单日区域松弛解进行处理，生成单天时间序列。此为现有技术本实施例不再详述。
进一步的，所述步骤三、通过对单日区域松弛解进行处理，获得 CGCS2000结果、ITRF框架瞬时结果，然后进行赫尔默特转换，均匀选取特征点中的转换模型为：
Xref＝(1+D)·Rx(εx)·Ry(εy)·Rz(εz)·Xin+T (7)
式中：Xref为参考坐标矩阵；Xin为待转换坐标矩阵；Ri(εi)为沿三个坐标轴的欧拉角；T为平移向量矩阵。
利用GLOBK软件对步骤一获得的单日基线松弛解进行平差，约束所有站点做松约束平差，得到待解点的CGCS2000结果。
ITRF2014_GNSS.SSC.txt为网络上下载的含有全球框架点及速度场的文件，在该文件中选取项目相关的IGS框架点，利用GLOBK软件，获取该区域基准站ITRF框架瞬时结果。ITRF地球参考框架是利用全球测站观测资料成果推算所得到的地心坐标系统，是目前世界上精度最高、稳定性最好的参考框架，被全球和区域范围内各种组织所采纳和使用，ITRF框架瞬时结果可以较好的反映基准站间的真实空间关系，适合作为原始观测量图形的现实表达，验证专利提出的算法的合理性与适用性。GLOBK软件的应用为现有技术，本实施例不再详述。
进一步的，所述赫尔默特转换的过程为：
第一步：整体转换异常点剔除：将获取的所有待定点的松弛解与解算的ITRF框架瞬时结果进行赫尔默特转换，分析转换残差，剔除异常站点；
第二步：局部转换异常点分析：分子区再次进行赫尔默特转换，从各区域内选出均匀分布的，转换残差较小且稳定的点作为特征点。
进一步的，所述步骤四、通过对单日区域松弛解进行解析与恢复，构造区域整体法方程的过程是：
步骤1、对单日区域松弛解搜索公共跟踪站，对参数进行重排，生成转换矩阵；
步骤2、恢复法方程流程：
计算法方程系数：
计算法方程常数：
计算二次型：
其中
为输入基线文件中提取的参数估值，
为参数的方差协方差矩阵，b为法方程常数，
为单位权方差因子；
步骤3、获取无约束的参数解及法方程：从估计解方差阵中减去约束矩阵，具体表示为：
Nunc＝Dest-Dconst (11)
其中Nunc为去除先验约束后的法方程，Dest为估计解得方差阵，Dconst约束矩阵；
步骤4、采用参数重排生成的转换矩阵改造得到的解，采用参数预消除算法对非公共参数进行消除，得到所有天公共测站的无约束解与法方程。
进一步的，所述步骤1、对单日区域松弛解搜索公共跟踪站，对参数进行重排，生成转换矩阵具体过程为：
(1)仅有公共参数的重排
在多个输入文件中仅有公共参数，且公共参数的顺序不同时，我们可以将某一个文件的参数顺序设为标准顺序，剩余文件中的参数均按此顺序进行排序，假设标准顺序的参数列表为
其余n个文件的参数列表
那么
即按照下面得公式调整：
X＝AnXn (12)
式中An代表第n个输入文件的参数转换矩阵；构造转换矩阵的方法为，索引Xn与X中匹配的元素，当Xn中第i个值与X中第j个元素匹配时，令 An[j,i]＝1，第j行的其他值为0；
(2)公共参数和非公共参数均存在情况下的参数重排
在多个输入文件中同时存在K个公共参数和M个非公共参数时，分两步进行；第一步，首先进行公共参数重排，需对这n个文件的参数进行索引，将所有公共参数的列表
抽取出来，作为标准顺序，再对所有输入文件的参数顺序进行调整；公共参数部分
按下式进行转换：
第二步，非公共参数的排序，可以将XC视为Xc的扩展，将Xc与Xn的非公共参数部分添加到Xc的最后，以便于后面的参数消除；最终构造的An应该既包含公共参数部分，又包含非公共参数，对于公共参数部分，An构造方法与仅有公共参数的重排的方法相同；对于非公共参数部分，当第i个元素为非公共参数时，假设该非公共参数为第u个非公共参数，令 An[k+u,i]＝1，第k+u行的其他数值为0；
根据协方差传播率，有：
其中，Dn为由各个输入文件参数解得的协方差阵，DC为转换后的协方差阵，利用参数消除得到公共参数Xc的协方差阵Dc。
进一步的，所述步骤六、引入拟稳点构造的基准条件与法方程联合求解，得到待定点CGCS2000的最小约束解的具体过程是：将得到的法方程进行叠加，引入参数约束和基准条件，对其中选取的站点进行一定的约束，解算法方程，得到待解点的CGCS2000坐标系的最终估值：
拟稳基准模型可表达为：
式中，m为定义基准的基准点个数；
为第i个基准点的先验坐标；
平差模型可表示为
式中：
为观测残差向量；
为设计矩阵；
为待估参数向量；
为观测值向量，H为条件式的系数阵。
结合步骤二和步骤三，我们可以选出平面和垂直方向残差均较小的点作为拟稳点做最小约束。具体操作为：利用步骤四获得的法方程进行数据处理，在步骤六，以选取的拟稳点构造最小约束条件，解算法方程得到顾及板块运动异向性与局部稳定性的CGCS2000结果。
综上所述，该顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，针对我国CGCS2000推广过渡时期，由于条件限制，基准站少且分布不均匀及分批分区域进行的基准框架维持导致的不同区域不同时期区域参考框架成果的不兼容、不连续性问题，本专利提出了一种新的参考框架维持的方法，该方法顾及了板块运动异向性与局部的稳定性，选取整个区域质量好的拟稳点作为框架维持的基准，采用最小约束方法获取整个区域一致性较好的CGCS2000成果。通过算例验证了该方法的有效性与合理性，该法方获得的成果可较好地实现区域参考框架成果的平稳过渡且最大程度保持与观测量图形属性的相似性，有效地解决了由已有成果向新成果过渡的衔接问题。
实施例2
将我国西南部板块运动特征复杂的某省作为研究对象，该省约有200余基准站，所有基准站已分批次于2010年至2019年完成框架更新，形成了各子区相对独立的基准站成果(简称已有成果)。
目前，该区域于2019年完成了全区200余基准站的整年同步数据观测，诉求为利用最新的连续运行基准站动态维持模式进行该区域的整网框架更新，但又需要与已有成果保持较好的衔接，做到基准平稳过渡。
问题：由于已有成果分布于离散的时间段内，各子区所在块体内部连续运行基准站空间关系相对不稳定，选取各子区数据处理方案的KMIN、 LUZH、XIAG、XNIN作为框架点，对收集的数据进行处理，获得全部待定点的CGCS2000系下的坐标成果，与已有成果比较差异较大，无法做到很好的衔接，同时将解算结果与瞬时框架解算结果做赫尔默特转换，转换残差较大。
采用本文提出的顾及板块运动异向性与局部稳定性的最小约束解进行区域参考框架的维持方法，选取该区域稳定的、均匀的36个拟稳点做最小约束，将获得的计算结果与已有结果比较，符合较好；将解算结果与ITRF 瞬时框架结果做赫尔默特转换，转换残差较小。
两种方法与已有结果比较统计见下表：
不同方案结果与已有结果比较统计/cm
两种方法转换残差统计如下表：
不同方法结果与ITRF框架瞬时结果转换残差统计/cm
从上述统计结果可以看出：
本文提出的新方法比传统方法更好的保持了与实际点位关系的相似性；
新方法通过赫尔默特转换进行一致性检验，能够有效地剔除异常点对整网的影响；
传统方法存在明显的系统偏差，新方法基本上消除了传统方法中存在的系统偏差，因为新方法考虑了板块运动异向性与局部稳定性，选取的控制点更加均匀，平差基准的重心为拟稳点的重心，且重心位置较为稳定，避免了传统方法中给予不均匀的框架点较大的权，将板块运动异向性引起的变化量强制分配到整网中，导致离框架点越近的站点误差传递越大，坐标变化越大的问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、获取单日区域松弛解；
步骤二、通过对单日区域松弛解进行处理，生成单天时间序列，进行区域基准站的稳定性分析，均匀选取稳定的特征点；
步骤三、通过对单日区域松弛解进行处理，获得CGCS2000结果、ITRF框架瞬时结果，然后进行赫尔默特转换，均匀选取特征点；
步骤四、通过对单日区域松弛解进行解析与恢复，构造区域整体法方程；
步骤五、综合步骤二得到的稳定的特征点、步骤三得到的特征点，选取拟稳点；
步骤六、引入拟稳点构造的基准条件与法方程联合求解，得到待定点CGCS2000的最小约束解。
2.如权利要求1所述的一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，其特征在于：所述步骤二中进行区域基准站的稳定性分析，均匀选取稳定的特征点的具体过程是：
其中，a为初始位置；b为速率；c,d,e和f分别为年、半年周期项系数；g为偏移；h为震后速率变化；k为震后速率衰减模型；v为误差；ti为时间；H为阶梯函数，y(ti)为单站、单分量坐标序列；
起算区域基准站的选取应满足四个原则：①连续性：测站在近1年内有连续观测；②稳定性：站点的坐标时间序列具有稳定“可知”的点位变化速度，稳定性好；③高精度：速度场精度应优于3mm/a；④平衡性：所选站点尽量均匀分布；
按照上述原则，选取区域内稳定的、残差变化最小的点作为特征点。
3.如权利要求1所述的一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，其特征在于：所述步骤三、通过对单日区域松弛解进行处理，获得CGCS2000结果、ITRF框架瞬时结果，然后进行赫尔默特转换，均匀选取特征点中的转换模型为：
Xref＝(1+D)·Rx(εx)·Ry(εy)·Rz(εz)·Xin+T (2)
式中：Xref为参考坐标矩阵；Xin为待转换坐标矩阵；Ri(εi)为沿三个坐标轴的欧拉角；T为平移向量矩阵。
4.如权利要求1所述的一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，其特征在于：所述赫尔默特转换的过程为：
第一步：整体转换异常点剔除：将获取的所有待定点的松弛解与解算的ITRF框架瞬时结果进行赫尔默特转换，分析转换残差，剔除异常站点；
第二步：局部转换异常点分析：分子区再次进行赫尔默特转换，从各区域内选出均匀分布的，转换残差较小且稳定的点作为特征点。
5.如权利要求1所述的一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，其特征在于：所述步骤四、通过对单日区域松弛解进行解析与恢复，构造区域整体法方程的过程是：
步骤1、对单日区域松弛解搜索公共跟踪站，对参数进行重排，生成转换矩阵；
步骤2、恢复法方程流程：
计算法方程系数：
计算法方程常数：
计算二次型：
其中
为输入基线文件中提取的参数估值，
为参数的方差协方差矩阵，b为法方程常数，
为单位权方差因子；
步骤3、获取无约束的参数解及法方程：从估计解方差阵中减去约束矩阵，具体表示为：
Nunc＝Dest-Dconst (6)
其中Nunc为去除先验约束后的法方程，Dest为估计解得方差阵，Dconst约束矩阵；
步骤4、采用参数重排生成的转换矩阵改造得到的解，采用参数预消除算法对非公共参数进行消除，得到所有天公共测站的无约束解与法方程。
6.如权利要求5所述的一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，其特征在于：所述步骤1、对单日区域松弛解搜索公共跟踪站，对参数进行重排，生成转换矩阵具体过程为：
(1)仅有公共参数的重排
在多个输入文件中仅有公共参数，且公共参数的顺序不同时，我们可以将某一个文件的参数顺序设为标准顺序，剩余文件中的参数均按此顺序进行排序，假设标准顺序的参数列表为
其余n个文件的参数列表
那么
即按照下面得公式调整：
X＝AnXn (6)
式中An代表第n个输入文件的参数转换矩阵；构造转换矩阵的方法为，索引Xn与X中匹配的元素，当Xn中第i个值与X中第j个元素匹配时，令An[j,i]＝1，第j行的其他值为0；
(2)公共参数和非公共参数均存在情况下的参数重排
在多个输入文件中同时存在K个公共参数和M个非公共参数时，分两步进行；第一步，首先进行公共参数重排，需对这n个文件的参数进行索引，将所有公共参数的列表
抽取出来，作为标准顺序，再对所有输入文件的参数顺序进行调整；公共参数部分
按下式进行转换：
第二步，非公共参数的排序，可以将XC视为Xc的扩展，将Xc与Xn的非公共参数部分添加到Xc的最后，以便于后面的参数消除；最终构造的An应该既包含公共参数部分，又包含非公共参数，对于公共参数部分，An构造方法与仅有公共参数的重排的方法相同；对于非公共参数部分，当第i个元素为非公共参数时，假设该非公共参数为第u个非公共参数，令An[k+u,i]＝1，第k+u行的其他数值为0；
根据协方差传播率，有：
其中，Dn为由各个输入文件参数解得的协方差阵，DC为转换后的协方差阵，利用参数消除得到公共参数Xc的协方差阵Dc。
7.如权利要求1所述的一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法，其特征在于：所述步骤六、引入拟稳点构造的基准条件与法方程联合求解，得到待定点CGCS2000的最小约束解的具体过程是：将得到的法方程进行叠加，引入参数约束和基准条件，对其中选取的站点进行一定的约束，解算法方程，得到待解点的CGCS2000坐标系的最终估值：
拟稳基准模型可表达为：
式中，m为定义基准的基准点个数；
为第i个基准点的先验坐标；
平差模型可表示为
式中：
为观测残差向量；
为设计矩阵；
为待估参数向量；
为观测值向量，H为条件式的系数阵。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110487673.4A CN114234935A (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110487673.4A CN114234935A (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114234935A true CN114234935A (zh) | 2022-03-25 |
Family
ID=80742849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110487673.4A Pending CN114234935A (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114234935A (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102650703A (zh) * | 2012-04-27 | 2012-08-29 | 中国测绘科学研究院 | Cgcs2000板块模型cpm-cgcs2000构建方法 |
-
2021
- 2021-05-06 CN CN202110487673.4A patent/CN114234935A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102650703A (zh) * | 2012-04-27 | 2012-08-29 | 中国测绘科学研究院 | Cgcs2000板块模型cpm-cgcs2000构建方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张鹏;李志才;孙占义;王凡;陈现军;: "我国高精度地心坐标框架确定方法研究", 测绘通报, no. 12, 25 December 2015 (2015-12-25) * |
| 蒋光伟、王斌等: "顾及基准站坐标动态特性与稳定性的区域框架构建", 地球物理学进展, vol. 35, no. 1, 31 January 2020 (2020-01-31) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Strasser et al. | Processing of GNSS constellations and ground station networks using the raw observation approach | |
| CN110275185B (zh) | 基于gnss和geo卫星的电离层投影函数建模方法 | |
| Balidakis et al. | Estimating integrated water vapor trends from VLBI, GPS, and numerical weather models: Sensitivity to tropospheric parameterization | |
| CN110058236A (zh) | 一种面向三维地表形变估计的InSAR和GNSS定权方法 | |
| CN107356947A (zh) | 基于单频导航卫星数据确定卫星差分伪距偏差的方法 | |
| CN104656108B (zh) | 一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法 | |
| Marel | Virtual GPS reference stations in the Netherlands | |
| Yao et al. | Global ionospheric modeling based on multi-GNSS, satellite altimetry, and Formosat-3/COSMIC data | |
| Zhao et al. | High-precision ZTD model of altitude-related correction | |
| CN113848577A (zh) | 一种基于动态分区的大规模gnss网并行解算方法及系统 | |
| CN109154664A (zh) | 具有低延时时钟校正值的导航卫星轨道和时钟的确定 | |
| Li et al. | Real‐Time Sensing of Precipitable Water Vapor From BeiDou Observations: Hong Kong and CMONOC Networks | |
| Hirt et al. | Mutual validation of GNSS height measurements and high-precision geometric-astronomical leveling | |
| CN113985454A (zh) | 一种顾及方位角的电离层投影函数模型的建模方法 | |
| Hou et al. | Recent advances and perspectives in GNSS PPP-RTK | |
| Steigenberger et al. | CODE contribution to the first IGS reprocessing campaign | |
| CN116166680B (zh) | 一种铁路北斗基准站控制网自动更新维护方法和系统 | |
| CN114234935A (zh) | 一种顾及板块运动异向性与局部稳定性的区域参考框架维持方法 | |
| Wielgosz et al. | Research on GNSS positioning and applications in Poland in 2015–2018 | |
| Teke et al. | Modelling very long baseline interferometry (VLBI) observations | |
| Zeng et al. | Computationally efficient dual-frequency uncombined precise orbit determination based on IGS clock datum | |
| Yang et al. | Establishment and maintenance of Taiwan geodetic datum 1997 | |
| Angermann et al. | Global terrestrial reference systems and their realizations | |
| CN115561793A (zh) | 一种基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法 | |
| Zhang et al. | A new four-layer inverse scale height grid model of china for zenith tropospheric delay correction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |