速度场是现代大地测量不可或缺的基础性数据，由板块运动引起的坐标变化必须通过速度场归算到用户所需历元才对用户具有使用价值，对于精密定位则更是必须的。目前主流的思路是利用近几十年来采集的空间大地测量数据确定中国大陆速度场。魏子卿等^[1]详细论述了基于2000中国大地坐标系构建速度场模型的理论与方法，并基于25个连续运行基准站、56个定期复测基本站和1 000个不定期复测的区域站观测数据，计算得到了中国区域3°×3°格网速度场模型。吴富梅等^[2]采用多面函数拟合法建立了中国地壳运动速度场模型。刘经南等^[3]研究了中国大陆区域在ITRF97框架下的速度场。姚宜斌等^[4]、蒋志浩等^[5]探讨了建立地壳运动速度场模型的方法，并研究了CORS站坐标时间序列的误差。但是由于使用的数据较少，数据不够连续或由于缺乏明确的应用背景，数据现势性不够强等原因，现有研究成果的实用价值有一定的局限。

中国大陆地壳运动监测网络(简称陆态网络，CMONOC)在全国范围内较为均匀地建设了260个连续运行基准站，获得大量高效、可靠、连续的观测数据。本文对基准站2011~2015近5 a的连续观测数据进行处理与分析，确立合理可靠的数据筛选准则，采用多种方法构建中国大陆地区地壳运动速度场，并利用国际IGS在中国建设的7个国际IGS站的实测速度对速度场模型的精度进行检核。

1 数据准备 1.1 采用数据

中国大陆地壳运动监测网络是推求中国大陆速度场的数据源。该网络是为监测地壳运动，兼顾测绘目的而布设的以GPS为主的空间技术观测网，由全国分布均匀的260个连续运行基准站和2 000个定期复测的区域站组成。从2011-03开始试运行，其观测设备大部分为Trimble公司的NET R9型双频接收机和Dorne Margolin扼流圈天线，观测采样间隔为30 s。考虑到陆态网络基准站建设规范、站点运行稳定、数据易于获取等因素，本文基于陆态网络260个连续运行基准站2011年第110 d到2015年第365 d的观测数据开展研究工作。

1.2 国际IGS站的选取

基准站的选取在GNSS相对定位数据处理中非常重要，直接影响高精度参考框架的建立。对于一个大尺度的GNSS网而言，一般可选择全球范围内均匀分布的部分稳定IGS站，将国内基准站同IGS站联合解算，完成国内框架同ITRF的对准，或者选择国内及周边IGS站进行约束，并联合解算，建立国内参考框架。为了使我国的CGCS2000与ITRF2008更好地对准，本文采用第1种方法进行基准确定。选取不同的基准站往往会对解算产生一定的影响^[3]，故一般需遵循：1)连续性原则，测站应在近3 a(或3 a以上)连续观测；2)稳定性原则，位于刚体板块并远离形变区域；3)高精度原则，速度场精度优于3 mm/a；4)多种解原则，至少3种分析解的速度残差小于3 mm/a。

综合各种因素，考虑到2011-03-11日本东海9.0级地震可能给方圆数千km范围内GNSS基准站造成明显的永久同震位移，在选择基准站时应避免选用离震中较近的站。选择17个分布在中国周边的由IERS确认的IGS核心站(KIT3、YSSK、LHAZ、NVSK、HYDE、TWTF、IRKT、PIMO、GUAM、WUHN、DAEJ、SELE、ULAB、IISC、YIBL、BJFS、TCMS)作为基准站，其坐标、速度及相应中误差取自IERS发布的ITRF2008-GPS.SSC文件。ITRF2008全球核心站分布见图 1。

1.3 数据质量控制

数据预处理过程中，利用TEQC软件对全部数据进行数据质量检查分析。由于GNSS连续运行基准站周围观测环境的变化、运行维护状况及其他因素的影响，使得某些基准站观测数据质量存在各种问题。为了预先剔除质量差的数据，避免对其他站产生不利影响，结合连续运行基准站网实际数据处理及基准站观测数据整体情况，通过分析基准站观测数据质量检查报告，选用M_p1 < 0.6、M_p2 < 0.6、数据有效率高于80%这3个指标，不满足此条件的观测数据予以剔除。

此外，由于数据处理采用的观测数据时间跨度较大，各站接收机类型、天线类型及天线高可能存在较多变化，因此，对各基准站天线类型及天线高变化情况应精确统计，并在station.info中准确体现，否则会带来非预期的粗差。

2 数据处理方法

利用CMONOC连续观测数据确定速度场分两步完成：1)计算各站坐标的单日解，形成站坐标时间序列，并通过一元线性回归分析计算站速度；2)通过适当拟合方法，得到中国大陆1°×1°格网速度场模型。

2.1 计算站速度

利用GAMIT计算基准站坐标和卫星轨道的单日松弛解，将基准站数据与上文中17个周边IGS站数据一并处理。为了易于模糊度分解，IGS站和基准站坐标均给予适当约束。由于计算机容量和软件的限制，在计算中基准站被分为5个区，每个区单独处理，相邻区之间有5~6个基准站作为公共点连接。然后，将5个区的单日松弛解文件与SOPAC(scripps orbital and permanent array center)提供的全球IGS站的单日松弛解文件进行合并，得到包含全球IGS站和CMONOC基准站的坐标、卫星轨道和极移等参数的单日松弛解及其方差-协方差矩阵。利用GLOBK，通过7参数相似变换，将各站坐标的单日松弛解变换至ITRF2008框架的坐标单日解，解的质量用单日解之邻近日的重复性评估。

给定历元t₁，t₂，…，t_n的站坐标x的单日解x₁，x₂，…，x_n，其方差为。假定站坐标随时间呈线性变化^[6-8]，忽略坐标误差之间的相关性，则x坐标可用如下一次函数表示：

(1)

式中，Δt=t-t₀，t为观测历元，t₀为参考历元，t₀=2 000.0，a、b为回归系数，a代表速度=dx/dt，b代表历元t₀的坐标x。

根据坐标x的单日解序列，利用一元线性回归，容易得到速度和历元t₀的坐标x之最小二乘估值。同样，由坐标y、z的单日解序列，可以得到y、z分量的速度和历元t₀的坐标之最小二乘估值。

对得到的CMONOC的基准站在历元t₀的ITRF2008坐标和速度，考虑ITRS的定向时间演变条件，仅估计地壳的水平运动，采用如下正交矩阵将三维速度由XYZ地心直角坐标系变换至北(N)、东(E)、上(U)的NEU水平坐标系，即。

(2)

最后利用表 1的转换参数将它们由ITRF2008框架转换到CGCS2000所参考的ITRF97框架^[8]。

2.2 模型构建方法

魏子卿等^[1]给出了全域欧拉矢量法、局域欧拉矢量法、格网平均值法以及块体欧拉矢量法等4种应用速度场的方法，并从精度和易于使用的角度进行了分析比较。全域欧拉矢量法使用简便，但其精度最低；局域欧拉矢量法精度最高，但使用不便，需要软件支持；活动块体划分法具有物理意义，使用也比较方便，但用户较难确定点位所在的块体，适合较为专业的人士使用；格网平均值法虽然不具备物理意义，但其使用方便，且精度较高，用户只需根据坐标确定点位所在格网，即可获得该点的速度。本文从使用角度出发，提供格网速度场模型。

克里金法是一种常用的地质统计方法，其特点在于优先考虑空间位置对空间属性的影响，然后选定插值点的影像距离范围，利用选定范围内的数据来估计插值点的属性值，并对其对象在数学上给出了最佳的线性无偏估计，格网化精度高。任雅齐^[11]对包括克里金法在内的12种常用格网内插方法的速度场内插精度进行了详细比较，从数据量和数据特征等方面分析了12种拟合方法的应用范围和效果。本文选择克里金插值法建立格网速度场模型，将中国大陆分为1°×1°格网，共计1 001个格网点，使用克里金插值法对格网中心点速度值进行内插计算。

3 结果精度分析 3.1 站点位置、速度精度分析

给予起算点坐标2σ的约束，对整网进行三维约束平差，计算得到的基准站坐标水平方向精度优于±2 mm，垂直方向精度优于±3 mm；基准站速度N方向相对精度优于±1.6 mm/a，E方向相对精度优于±1.1 mm/a。为检验本文成果精度，将本次平差得到的17个IGS参考站的坐标和速度与ITRF公报中公布的坐标和速度进行比较，作为本文成果的外部检核。表 2给出了坐标及速度互差统计结果，图 2、3分别为坐标、速度互差统计。

从图 2、图 3、表 2可以看出，本文成果同ITRF2008公报中坐标互差在x、y、z 3个方向最大值分别为3.46 cm、4.02 cm、3.82 cm，平均值分别为0.87 cm、1.82 cm、1.41 cm。速度互差在x、y、z 3个方向最大值分别为5.82 mm/a、5.71 mm/a、5.56 mm/a，平均值分别为2.04 mm/a、2.45 mm/a、1.81 mm/a。反映出整体互差较小，但个别站点互差稍大，最大值为4.02 cm和5.82 mm/a，反映出本次解算结果较为可信。

3.2 模型外部检核分析

利用得到的260个基准站速度成果，采用克里金插值法构建了中国大陆1°×1°格网速度场模型，得到的速度场格网点速度矢量见图 4。

利用中国范围内7个国际IGS站的实测速度，对本文构建的1°×1°格网速度场模型在ITRF2008框架下的速度场插值结果进行比较，作为模型的实测点检核。7个IGS站的站址见表 3。

从7个IGS站的实测速度的拟合结果来看，本文所建模型拟合值与ITRF2008公布中的值差值最大为2.32 mm/a，E方向RMS为1.13 mm/a，N方向RMS为1.64 mm/a。

3.3 与区域网点结果检核

陆态网络在全国范围内布设了2 000个区域站，区域站每2 a复测一次，截至目前有2009、2011、2013三期有效观测数据。利用解算得到的区域站精确坐标，可对本文速度场格网模型进行进一步分析与讨论。利用格网模型内插出区域站的速度值，将E、N方向的速度分别作差，结果如图 6、图 7所示，E、N方向速度差值的绝对值平均值分别为1.94 mm/a、1.24 mm/a。

从以上分析可以看出，采用中国区域1°×1°格网速度场模型计算全国范围内均匀分布的区域站速度，模型计算值同速度实测值差值在2 mm/a以内，模型具有较高的可信度。

4 结语

本文基于CMONOC连续运行基准站观测数据，以GAMIT/GLOBK为计算平台，GMT为绘图平台，详细介绍了中国大陆速度场数据的获取与处理方法。利用2011~2015年CMONOC的连续运行站以及国际IGS站的连续观测数据，获得了高精度的定位成果及速度场数据(点位水平方向精度优于±2 mm，垂直方向精度优于±3 mm；速度场内插精度东方向精度优于±1.1 mm/a，南北方向精度优于±1.6 mm/a)。基于上述数据，采用克里金插值法构建了中国大陆1°×1°格网速度场模型，对具体工程应用具有参考意义。