“陆态网络”CORS站的时间序列分析预报

周 巍 ， 田 亮 ， 王 强 ， 乔亚明

（1. 西安测绘总站，陕西 西安 710054）

中国大陆构造环境监测网络（简称陆态网络）二期工程于2012年正式投入使用，包括基准网、区域网、数据系统3大部分。其中基准网是陆态网络的主干框架，由260个CORS站组成。CORS站的建成为我国不断精化CGCS2000坐标框架提供了重要的数据来源[1]，基于陆态网络基准站的相关研究也逐步成为研究的热点[2-4]。目前绝大部分CORS站观测时间较短，数据质量和稳定性相比国际IGS站还存在相当大的差距。为了更好地监测陆态网络基准站的稳定性，本文尝试采用部分CORS站观测时间序列进行建模拟合预报，并将预报值与实测数据进行比较分析，为用户选择使用CORS站提供参考。

1 数据概况

1.1 基准站概况

陆态网基准站整体分布比较均匀。本文随机选取北京房山、长春、广州、泸州、武汉等20个基准站2012年8月至9月连续观测数据进行分析预报。具体测站情况如表1所示。

表1 基准站概略位置汇总

1.2 数据预处理

数据预处理采用GAMIT（10.40版）/GLOBK数据处理软件[5]，处理流程如图1。

图1 GAMIT/GLOBK软件数据处理流程

2 预报模型

基准站观测时间序列预报模型选用经典的自回归移动平均模型（ARMA模型）[6]，其定义如下：

其中，{εt}～WN（0, σ2），（p,q）为模型的阶数，p,q ≥ 0为整数， {Xt}～ARMA（p,q）。

由于AMRA模型要求所处理的时间序列必须为平稳时间序列，但实际CORS站在观测时往往受各种外界因素的影响，导致测站时间序列包含了各种非平稳的趋势项以及周期项。因此，在建立时间序列模型时首先采用差分办法来剔除其中的非平稳因素，然后再建立ARMA模型。这种基于差分后的ARMA模型又称整合自回归移动平均模型[7]，简称ARIMA模型, {Xt}～ARIMA（p,d,q）。

3 模型预报算例分析

3.1 模型参数估计

CORS站观测时间序列经GAMIT/GLOBK软件处理后，运用ARIMA模型进行建模拟合预报，各CORS站建模参数如表2所示。

3.2 时间序列模型预报

CORS站观测时间序列经ARIMA模型拟合后，可以实现对时间序列的预报功能，如表3所示。

3.3 分 析

统计显示，所有测站均经过一阶差分（主要剔除板块速度场的趋势性影响）才转化为平稳序列。运用CORS站30 d左右观测数据（08-02～08-31）预报未来3 d（09-01～09-03）的测站XYZ坐标差值，见表3。从统计的所有CORS站差值不难发现：①ARIMA模型建模效果比较理想，对于整体测站观测时间序列的拟合精度都达到cm量级，可见该经典模型对于处理测站观测时间序列是行之有效的；②所有CORS站时间序列预报差值最大值为9.42 cm，绝大部分差值（约70%）控制在5 cm以内。可见本文选取的这些测站在2012年8、9月份观测整体是稳定的。另外，我们可以通过设定阈值达到监测稳定性的目的。如果CORS站实际观测值与预报拟合值出现较大偏差，则说明CORS站周边环境发生较大变化或者观测设备出现变故。具体阈值大小必须具体分析。

表2 ARIMA建模阶数统计

表3 CORS站预报3 d实际观测值与预测值差值表

4 结 语

陆态网络CORS站观测是不断精化和维持CGCS2000坐标框架的重要数据来源，如何不断提高CORS站的观测精度和稳定性是面临的首要问题[8]。本文从时间序列分析的角度出发，利用经典时间序列分析模型对20个CORS站1个月的观测数据进行了建模拟合预报，实际观测值与预报差值的统计结果初步验证了建模预报的有效性。下一步工作需要从三个方面着手：①不断完善ARIMA模型，从而更加适应CORS站观测时间序列分析；②通过大量实验研究阈值的设定环境和设定办法；③根据CORS站预报值解算该站点的最优坐标值。

[1]李靖. “陆态网络”基准站的点位变化特性分析[D]. 郑州：信息工程大学，2013

[2]顾国华，张晶.中国地壳运动观测网络基准站GPS观测的位移时间序列结果[J].大地测量与地球动力学，2002，22(2)：61-67

[3]杨国华,张风霜,武艳强,等.GPS基准站坐标分量噪声的时间序列与分类特征[J].国际地震动态，2007(7)：80-85

[4]张鹏，蒋志浩，秘金钟，等.我国基准站数据处理与时间序列特征分析[J].武汉大学学报：信息科学版，2007(3)：251-254

[5]赵建三，杨创，闻德保.利用GAMIT进行高精度GPS基线解算的方法及精度分析[J].测绘通报，2011(8)：5-8

[6]王振龙，胡永宏.应用时间序列分析[M].北京：科学出版社，2007

[7]田亮，孙付平.基于GPS测站坐标残差序列的ARMA建模方法研究[J].大地测量与地球动力学，2012，32(2):124-127

[8]符养.中国大陆现今地壳形变与GPS坐标时间序列分析[D].北京：中国科学院研究生院，2002