留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

川藏地区CORS坐标时间序列预处理与软件实现

陆福鑫 龚晓颖 孙铭炜 余章应 黄丁发

陆福鑫, 龚晓颖, 孙铭炜, 余章应, 黄丁发. 川藏地区CORS坐标时间序列预处理与软件实现[J]. 全球定位系统, 2024, 49(2): 88-97. doi: 10.12265/j.gnss.2023177
引用本文: 陆福鑫, 龚晓颖, 孙铭炜, 余章应, 黄丁发. 川藏地区CORS坐标时间序列预处理与软件实现[J]. 全球定位系统, 2024, 49(2): 88-97. doi: 10.12265/j.gnss.2023177
LU Fuxin, GONG Xiaoying, SUN Mingwei, YU Zhangying, HUANG Dingfa. CORS coordinate time series preprocessing and software implementation in Sichuan-Tibet area[J]. GNSS World of China, 2024, 49(2): 88-97. doi: 10.12265/j.gnss.2023177
Citation: LU Fuxin, GONG Xiaoying, SUN Mingwei, YU Zhangying, HUANG Dingfa. CORS coordinate time series preprocessing and software implementation in Sichuan-Tibet area[J]. GNSS World of China, 2024, 49(2): 88-97. doi: 10.12265/j.gnss.2023177

川藏地区CORS坐标时间序列预处理与软件实现

doi: 10.12265/j.gnss.2023177
基金项目: 国家自然科学基金项目(42171429,42374036);四川省自然科学基金项目(2023NSFSC0773)
详细信息
    作者简介:

    陆福鑫:(1998—),男,硕士,主要从事GNSS数据处理的理论与方法研究. E-mail: lfx2021@my.swjtu.edu.cn

    龚晓颖:(1986—),女,博士,副教授,主要从事GNSS精密定位与定轨研究. E-mail: xygong@swjtu.edu.cn

    孙铭炜:(1999—),女,硕士,主要从事GNSS数据处理与应用研究. E-mail: smw15332015023@163.com

    余章应:(2001—),男,硕士,主要从事环境负载数据处理与分析研究. E-mail: 1417264687@qq.com

    黄丁发:(1963—),男,博士,教授,主要从事GPS理论与应用以及3S系统集成研究. E-mail: dfhuang@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    龚晓颖 E-mail: xygong@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: P228.4

CORS coordinate time series preprocessing and software implementation in Sichuan-Tibet area

  • 摘要: 本文针对川藏地区连续运行参考站系统(continuously operating reference stations, CORS)基准站站点坐标包含复杂影响因子和丰富且微弱有益的信号的特点,为了解决区域大规模时间序列数据分析处理过程繁琐,且无法大批量处理的问题,设计开发了GNSS坐标时间序列预处理系统,支持大区域多站点批处理解算模式,实现数据产品预处理、下载和可视化,实现了最小二乘拟合、粗差剔除、建模插值和共模误差(common mode error,CME)改正等一体化功能模块的集成. 采用陆态网长期坐标时间序列数据从解算精度与效率两方面对软件进行了性能评估. 结果表明:陆态网各测站N方向和E方向最小二乘拟合的拟合优度R2均约在99%,拟合效果较好;粗差剔除后的时间序列相比于剔除前各方向的WRMS值都有降低;水平方向插值后的结果均方根误差(root mean square error, RMSE)值均优于8 mm. CME剔除后,水平方向和垂直方向均方根(root mean square, RMS)值均有所下降.

     

  • 图  1  坐标时间序列预处理解算流程

    图  2  软件总体结构示意图

    图  3  最小二乘功能模块软件界面

    图  4  粗差剔除功能模块软件界面

    图  5  建模插值功能模块软件界面

    图  6  CME改正功能模块软件界面

    图  7  LHAS站U方向信号提取结果

    图  8  所选测站各方向拟合优度(R2)统计结果

    图  9  SCJU站三倍IQR准则粗差剔除结果

    图  10  所选测站粗差剔除前后最小二乘拟合结果WRMS值差值结果

    图  11  SCDF站建模插值结果

    图  12  部分测站N、E、U方向插值精度统计

    图  13  前三个主成分在N、E、U方向上的空间响应

    图  14  滤波前后RMS值

    图  15  软件各模块功能解算效率统计

    表  1  西南区域部分IGS站坐标时间序列概况

    测站 概率纬度/(°) 概略经度/(°) 时间跨度 实际观测历元数 历元总数
    LHAS 29.66 91.10 1999.16301—2021.23425 7254 8063
    LUZH 28.87 105.41 1999.16301—2021.23151 7943 8062
    SCBZ 31.84 106.74 2010.49726—2021.23425 3740 3923
    SCDF 30.98 101.12 2010.00411—2019.04247 2880 2937
    XZGZ 32.29 84.07 2012.18443—2021.18219 2760 3288
    XZRK 29.25 88.87 2011.43699—2021.23425 3163 3580
    SCJU 28.18 104.52 2010.49726—2021.23425 3760 3923
    下载: 导出CSV

    表  2  LHAS站最小二乘拟合结果评价

    方向 SSE SST
    N 0.043 9 0.999 3
    E 0.080 0 0.999 8
    U 0.216 4 0.731 4
    下载: 导出CSV

    表  3  SCJU站粗差剔除前后最小二乘拟合结果比较 mm

    方向 剔除前WRMS 剔除后WRMS
    N 1.910 1.906
    E 2.025 2.017
    U 4.635 4.563
    下载: 导出CSV

    表  4  SCDF站时间序列各缺失段建模插值精度统计

    缺失区间 起始历元 结束历元 缺失长度 RMSE/mm
    N E U
    1 2011.08082 2011.16027 30 0.93 1.47 2.96
    2 2012.70902 2012.87022 60 2.25 1.83 10.82
    3 2013.90548 2014.14932 90 2.16 3.58 11.10
    4 2016.40847 2016.73361 120 1.99 4.77 7.72
    5 2017.27260 2017.68356 150 2.50 4.25 6.88
    6 2018.16301 2018.65342 180 2.84 2.43 6.56
    下载: 导出CSV
  • [1] 徐华卿. GNSS坐标时间序列粗差探测与噪声估计研究 [D]. 南昌: 东华理工大学, 2022.
    [2] 姜卫平, 李昭, 刘万科, 等. 顾及非线性变化的地球参考框架建立与维持的思考[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2010, 35(6): 665.
    [3] 苏利娜, 张勇. GPS 时间序列中同震和震后形变的自动识别和估计[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2018, 43(10): 1504-1510.
    [4] BLEWITT G, KREEMER C, HAMMOND W C, et al. Rapid determination of earthquake magnitude using GPS for tsunami warning systems[J]. Geophysical research letters, 2006, 33(11): 11309. DOI: 10.1029/2006GL026145
    [5] WÖPPELMANN G, MIGUEZ B M, BOUIN M-N, et al. Geocentric sea-level trend estimates from GPS analyses at relevant tide gauges world-wide[J]. Global and planetary change, 2007, 57(3-4): 396-406. DOI: 10.1016/J.GLOPLACHA.2007.02.002
    [6] KING M A, ALTAMIMI Z, BOEHM J, et al. Improved constraints on models of glacial isostatic adjustment: a review of the contribution of ground-based geodetic observations[J]. Surveys in geophysics, 2010(31): 465-507. DOI: 10.1007/S10712-010-9100-4
    [7] 蔡富. GNSS测站坐标非线性变化的全球分布规律与部分机制研究 [D]. 郑州: 战略支援部队信息工程大学, 2020.
    [8] 张恒璟, 程鹏飞. 基于 GPS 高程时间序列粗差的抗差探测与插补研究[J]. 大地测量与地球动力学, 2011, 31(4): 71-75.
    [9] HERRING T. MATLAB Tools for viewing GPS velocities and time series[J]. GPS solutions, 2003, 7(3): 194-199. DOI: 10.1007/S10291-003-0068-0
    [10] WILLIAMS S D. CATS: GPS coordinate time series analysis software[J]. GPS solutions, 2008, 12(2): 147-153. DOI: 10.1007/S10291-007-0086-4
    [11] 舒颖, 花向红, 贺小星, 等. GPS 时间序列数据处理与分析软件的设计及实现[J]. 2017, 42(5): 29-32.
    [12] NIKOLAIDIS R. Observation of geodetic and seismic deformation with the Global Positioning System [M]. University of California, San Diego, 2002.
    [13] 舒颖. GPS坐标时间序列粗差剔除方法比较分析[J]. 导航定位学报, 2021, 9(4): 79-85.
    [14] 杨登科. 不同插值方法对GPS时间序列的影响分析[J]. 全球定位系统, 2019, 44(5): 66-69.
    [15] LANGBEIN J. Noise in GPS displacement measurements from Southern California and Southern Nevada[J]. Journal of geophysical research solid earth, 2008, 113(B5): B05405. DOI: 10.1029/2007JB005247
    [16] BLEWITT G, LAVALLÉE D. Effect of annual signals on geodetic velocity[J]. Journal of geophysical research:solid earth, 2002, 107(B7): 2145. DOI: 10.1029/2001JB000570
    [17] DAVIS J L, WERNICKE B P, TAMISIEA M E. On seasonal signals in geodetic time series[J]. Journal of geophysical research, 2012, 117(B1): B01403. DOI: 10.1029/2011JB008690
    [18] 冯胜涛, 刘雪龙, 王友. 最小二乘拟合GNSS位置时间序列分析[J]. 测绘科学, 2015, 40(10): 157-160.
    [19] DONG D, FANG P, BOCK Y, et al. Spatiotemporal filtering using principal component analysis and Karhunen‐Loeve expansion approaches for regional GPS network analysis[J]. Journal of geophysical research:solid earth, 2006, 111(B3): B03405. DOI: 10.1029/2005JB003806
    [20] 伍吉仓, 孙亚峰, 刘朝功. 连续 GPS 站坐标序列共性误差的提取与形变分析[J]. 大地测量与地球动力学, 2008, 28(4): 97-101.
  • 加载中
图(15) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  61
  • HTML全文浏览量:  24
  • PDF下载量:  7
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-11
  • 录用日期:  2023-09-11
  • 网络出版日期:  2024-03-04

目录

    /

    返回文章
    返回