2018, Vol. 38
2. 广州市城市规划勘测设计研究院，广州市建设大马路10号，510060
目前，在线PPP数据处理软件系统发展迅速，如美国喷气动力实验室(JPL)研发的APPS、加拿大自然资源部研发的CSRS、新布伦瑞克大学研发的GAPS以及GMV开发的magicGNSS等。很多学者对上述在线PPP服务系统进行了精度分析，结果表明，长时间观测的PPP定位精度基本可达cm级[1]。
GNSS PPP成果一般是某一ITRF框架下的平均观测历元时刻的坐标，通过框架及历元转换可以获取地面点在任意框架及历元时刻的坐标。其中不同框架可通过IERS公布的转换模型及转换参数进行转换，而历元转换涉及到速度场问题，速度场精度的高低将直接决定最终结果的精度。本文将对这些问题进行分析。
1 PPP定位成果的精度分析本文利用APPS、CSRS、GAPS、magicGNSS、AUSPOS共5款在线服务系统分别对广东工业大学CORS单基站(以下简称GDUT)93 d的数据进行解算(时间跨度为2016-02-07~06-27，其中2016-03-28~05-10数据空缺)，并对获得的ITRF2008框架下的平均观测历元时刻的坐标进行精度分析。
AUSPOS是澳大利亚测量与土地信息组研制开发的在线处理系统，能够将测站点与其附近的IGS站进行联合解算和平差，24 h的观测数据可获得mm级的内符合精度和1 cm左右的外符合精度[2]。本文以AUSPOS软件处理获得的GDUT坐标(将GDUT与AIRA、BJFS、COAL、HKSL、HKWS等11个IGS站进行联合解算)作为基准，将其他4款在线PPP软件系统获得的结果与AUSPOS得到的结果进行比较来评定其精度，结果见图 1和表 1。由图 1和表 1可知，4款在线PPP软件的解算精度均优于0.020 m，其中CSRS和APPS软件的稳定性和精度较高，后续框架与历元转换精度分析均以这两款软件为主。
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表 1 APPS、CSRS、GAPS、magicGNSS与AUSPOS坐标较差中误差值 Tab. 1 The errors of the mean square of the coordinate difference between four PPP and AUSPOS |
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图 1 4款PPP软件与AUSPOS软件计算结果的坐标较差 Fig. 1 The coordinate difference between four PPP and AUSPOS |
关于精密单点定位原理、历元转换、框架转换的研究较多[3-7]，本文在此不再赘述。
以APPS解算的GDUT 93 d的ITRF 2008实时坐标为例，采用多种方案获得GDUT的速度场，各计算方案见表 2。分别将各方案用于历元及框架转换，将转换获得的CGCS2000坐标与GDUT的“真实”CGCS2000坐标进行比较(GDUT的“真实”CGCS2000坐标是利用3个广州CORS站和GDUT站的24 h观测数据，采用GAMIT软件解算基线，并利用CORS站CGCS2000坐标约束获得，其精度约1 cm)，从而评定将PPP定位结果直接转换为CGCS2000坐标的精度。
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表 2 速度场获取方案 Tab. 2 Methods of velocity field acquisition |
GDUT的经度约为113°23′，纬度约为23°02′，对应着3°×3°格网中85号格网[5]。由于该速度场是ITRF97框架下的速度场，而文中其余速度场均在ITRF2008框架下，为了方便比较不同方式得到的速度场之间的差异，将ITRF97框架下的速度场采取表 3中的参数转换到ITRF2008框架下(https://itrf.ign.fr/doc_ITRF/ITRF2008_ITRFs.txt)，结果见表 4。下文中如无特别说明，速度场均默认为ITRF2008框架下。由图 2(a)及表 5中的方案1可知，运用该速度场进行历元及框架转换后的X坐标的差值较大，其中误差达0.046 2 m，坐标中误差为0.054 5 m。
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表 3 ITRF08到ITRF97框架的转换参数 Tab. 3 Transformation parameters from ITRF08 to ITRF97 |
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表 4 中国大陆3°×3°格网平均速度 Tab. 4 3°×3° average velocity grids over China mainland |
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表 5 各方案速度场及CGCS2000坐标误差 Tab. 5 Velocity field and CGCS2000 coordinate errors of each program |
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图 2 历元及框架转换后的坐标差值 Fig. 2 Errors of coordinate after epoch and framework conversion |
中国大陆构造环境监测网络由260个连续观测点和2 000个不定期观测点构成。其中连续观测站GUAN(广州)观测时间序列为1999-02~2013-08，经度约为113°18′，纬度约为23°12′，与GDUT很接近，可以将其速度场等同于GDUT的速度场。由于中国大陆构造环境监测网络提供的速度场为站心地平坐标系，需转换成地心坐标系，转换结果见表 6中的GUAN测站。由图 2(b)及表 5中的方案2可知，运用该速度场进行历元及框架转换后，X、Y、Z坐标的差值均较小，其中误差分别为0.026 1 m、0.016 1 m、0.014 9 m，坐标中误差为0.034 1 m。
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表 6 中国大陆构造环境监测网络测站速度场 Tab. 6 Stations velocity field of crustal movement observation network of China |
利用应用地球科学委员会(Social Online Public Access Catalog，SOPAC)提供的SHAO、TNML、WUHN等3个IGS站的坐标及速度场建立板块线性运动模型(表 7)，并运用该模型求得GDUT的速度场。由图 2(c)及表 5中的方案3可知，运用该速度场进行历元及框架转换后，X坐标的差值很小，其中误差为0.007 8 m，Y、Z坐标的差值均较差，其中误差分别为0.036 7 m、0.040 1 m，坐标中误差为0.054 9 m。
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表 7 IGS测站速度场 Tab. 7 IGS stations velocity field |
利用中国大陆构造环境监测网络GUAN(广州)、GDSG(韶关)、GDST(汕头)、GDZH(珠海)、GDZJ(湛江)、GXWZ(梧州)等6个站点的坐标及其速度场建立板块线性运动模型，求得GDUT站的速度场。由图 2(d)及表 5中的方案4可知，运用该速度场进行历元及框架转换后，Y坐标的差值较大，其中误差为0.044 7 m，X、Z坐标的差值较小，其中误差分别为0.017 5 m、0.007 3 m，坐标中误差为0.048 6 m。
2.4 利用空间内插获得速度场利用中国大陆构造环境监测网络提供的GDSG(韶关)、GDST(汕头)、GDZH(珠海)、GDZJ(湛江)、GXWZ(梧州)等5个站点的速度场，分别采用三点线性插值法、最近邻点插值法和自然邻点插值法进行内插，其内插获得的速度场及最终坐标成果差值分别见表 5中的方案5、6、7。结合图 2(e)、2(f)、2(g)可知，利用三点线性插值和自然邻点插值所获得的速度场用于历元转换所得到的坐标精度较高，坐标中误差分别为0.017 1 m、0.016 3 m，而最近邻点插值方法获得的最终坐标成果较差。这是由于GDUT站与GDZH站最近，直接采用了GDZH站的速度场作为GDUT站的速度场。由表 5可知，GDZH站在U方向的速度场与其余站差别明显，从而造成了历元及框架转换后的坐标差值较大，其坐标中误差达0.051 5 m。
为了近一步分析不同观测时长PPP定位成果转换的精度，本文利用CSRS分别对不同时长的观测数据进行解算，然后采用自然邻点插值法(即方案7)获得的速度场将得到的定位结果转换至CGCS2000坐标，并将其与“真实”的CGCS2000坐标进行比较，结果如图 2(h)。可以看出，4 h的观测成果转换精度约为0.022 cm。
3 结语本文采用APPS、CSRS、GAPS、magicGNSS以及AUSPOS等在线GNSS数据处理软件对GDUT测站93 d的数据进行解算，采用框架及历元转换方法将定位成果转换为CGCS2000坐标(ITRF97框架，2000.0历元)，并与该点“真实”的CGCS2000坐标进行比较，获得如下结论：
1) 与AUSPOS软件计算结果相比，24 h的PPP定位精度能达到1~2 cm，其中CSRS和APPS的解算精度较高，分别为0.012 8 m和0.014 7 m。
2) 采用本文框架及历元转换方法(7种方案)，将24 h的PPP定位结果转换为CGCS20000坐标，其精度在0.016 3~0.054 9 m范围内，其中利用空间内插得到的速度场要比建立板块线性运动模型获得的速度场精度更高。当精度要求不高时，可以酌情考虑减少观测时长。
3) 由于我国的IGS站数量稀少，而中国大陆构造环境监测网络拥有260个连续观测点及2 000个不定期观测点，建议直接采用后者提供的数据求解测站的速度场。
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2. Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute, 10 Jianshedama Road, Guangzhou 510060, China