TBC與GAMIT進(jìn)行CORS站基線解算的精度分析
——以廣州CORS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)處理為例

翁益志

(廣州市南沙區(qū)房地產(chǎn)測(cè)繪及估價(jià)管理所,廣東廣州 510000)

TBC與GAMIT進(jìn)行CORS站基線解算的精度分析
——以廣州CORS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)處理為例

翁益志?

(廣州市南沙區(qū)房地產(chǎn)測(cè)繪及估價(jià)管理所,廣東廣州 510000)

CORS系統(tǒng)作為地理空間框架的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一,其穩(wěn)定性是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。根據(jù)《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》的要求,需定期對(duì)CORS網(wǎng)進(jìn)行解算。本文以廣州CORS網(wǎng)為例,采用天寶TBC軟件和美國(guó)GAMIT軟件對(duì)CORS站GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,采用不同的解算模式,討論兩款GPS處理軟件在基線解算結(jié)果方面的差異,得到一些有益的結(jié)論。

CORS;GAMIT;TBC;分析;基線解算

1 引 言

CORS系統(tǒng)作為地理空間框架的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一,需向用戶提供精確的三維定位服務(wù)。CORS網(wǎng)自身的穩(wěn)定性是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。根據(jù)《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》的要求,需要定期對(duì)CORS網(wǎng)進(jìn)行解算,解算周期不應(yīng)超過(guò)一年。并且CORS站坐標(biāo)的變化量應(yīng)符合規(guī)范要求,變化超限的基準(zhǔn)站坐標(biāo)需要進(jìn)行糾正。

本文以廣州CORS網(wǎng)為例,采用天寶TBC軟件和美國(guó)GAMIT軟件對(duì)CORS網(wǎng)GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,采用不同的解算模式,討論兩款GPS處理軟件在基線解算結(jié)果方面的差異。

2 軟件的介紹

2.1 TBC軟件介紹及基線處理流程

TBC(Trimble Business Center)是美國(guó)Trimble公司的新一代測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)軟件,是在TGO軟件的基礎(chǔ)上,增加了全站儀、水準(zhǔn)儀、3D掃描儀等數(shù)據(jù)處理模塊,非常適合于GPS測(cè)量數(shù)據(jù)的后處理。該軟件支持來(lái)自各種GPS接收機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)類型。

TBC具有GPS基線處理、測(cè)量網(wǎng)平差、處理GPS和常規(guī)地形測(cè)量數(shù)據(jù)、質(zhì)量保障和質(zhì)量控制(QA/ QC)、道路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)上下裝載、測(cè)量數(shù)據(jù)的上下裝載、生成DTM模型和等高線圖、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和投影、GIS數(shù)據(jù)采集和傳輸、屬性特征碼、生成項(xiàng)目報(bào)告、測(cè)量項(xiàng)目的管理和維護(hù)等功能。其基線處理的流程可簡(jiǎn)單分為建立項(xiàng)目,裝載數(shù)據(jù)和處理基線等幾個(gè)主要步驟。

(1)TBC是基于項(xiàng)目的,工程開(kāi)始首先建立一個(gè)新的項(xiàng)目,在建立項(xiàng)目的同時(shí),設(shè)定項(xiàng)目的根目錄、天線類型、天線高測(cè)量方法、接收機(jī)類型、時(shí)區(qū)等。

(2)將GPS接收機(jī)觀測(cè)的數(shù)據(jù)或Rinex數(shù)據(jù)裝入當(dāng)前項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中。

(3)進(jìn)行基線處理。在基線處理之前,可以對(duì)點(diǎn)名、位置、天線高、衛(wèi)星號(hào)、時(shí)段長(zhǎng)等參數(shù)進(jìn)行編輯修改,若基線處理結(jié)果滿意,即可存盤;否則,需利用高級(jí)控制功能重新處理這些基線,直到滿意為止。

衡量基線處理結(jié)果好壞的兩個(gè)量是Ratio和Reference Variance。通常Ratio應(yīng)在1.5以上,且越大越好,而Reference Variance應(yīng)在1左右,且越小越好,最好這兩個(gè)量聯(lián)系起來(lái)考慮。若Ratio很小,而Reference Variance較大,就應(yīng)考慮使用高級(jí)控制重新處理相應(yīng)基線。

2.2 GAMIT介紹及基線處理流程

GAMIT是由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)SCRIPPS的海洋研究所等研制的用于大地測(cè)量目的的GPS科研分析軟件,一般運(yùn)行在linux操作系統(tǒng)上,它可以使用GPS載波相位和偽距觀測(cè)值來(lái)估計(jì)地面測(cè)站的三維坐標(biāo)、大氣延遲、地球定向參數(shù)和衛(wèi)星軌道。

GAMIT主要由6個(gè)模塊組成,ARC為軌道積分,對(duì)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行數(shù)值積分來(lái)確定衛(wèi)星軌道;MODEL為組成觀測(cè)方程;AUTCLN自動(dòng)修復(fù)周跳,包括SINCLN(單站自動(dòng)修復(fù)周跳)和DBLCLN(雙差自動(dòng)修復(fù)周跳);CFMRG是寫一個(gè)觀測(cè)方式文件(M-file),定義觀測(cè)值組合方式;SOLVE是利用雙差觀測(cè)按最小二乘法求解各參數(shù);CVIEW是在可視圖形下交互編輯從C-file中獲得的殘差。

GAMIT處理RINEX標(biāo)準(zhǔn)格式的觀測(cè)文件o-file,整個(gè)數(shù)據(jù)處理工作分兩步,先編輯數(shù)據(jù),得到干凈的觀測(cè)文件x-file,再用x-file進(jìn)行各種處理方案的參數(shù)估計(jì)。其主要的流程可以總結(jié)為先進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備成GAMIT可以利用的數(shù)據(jù),然后依次輸入命令,就可以得到相應(yīng)的解算結(jié)果。

3 廣州CORS網(wǎng)的基線解算及比較分析

廣州市CORS系統(tǒng)由8個(gè)基準(zhǔn)站組成如圖1所示,覆蓋廣州市7 000多平方千米行政區(qū)域。基準(zhǔn)站的平均間距為40 km,最小間距為24 km,最大間距為89 km。結(jié)合CORS的運(yùn)行情況,分別使用了商業(yè)軟件TBC和科研軟件GAMIT進(jìn)行基線解算并比較分析。

圖1 廣州CORS網(wǎng)圖

3.1 GAMIT軟件不同觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度數(shù)據(jù)解算結(jié)果比較

選取了2013年6月1日的GZCORS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和昆明、武漢、上海、北京4個(gè)IGS站一起解算,采樣間隔為30 s。原始數(shù)據(jù)都是從GPS時(shí)間00: 00:00～23:59:30。通過(guò)使用TEQC軟件把原始觀測(cè)數(shù)據(jù)截取為2 h、4 h、8 h、16 h和24 h的數(shù)據(jù),分別使用GAMIT軟件進(jìn)行解算。

解算結(jié)果好壞與否要看Q文件,一條指標(biāo)是:標(biāo)準(zhǔn)化的均方根誤差(nrms),也就是chi-square2χ平方根的自由度,一般越小越好。如果出現(xiàn)大于0.5的情況,就意味著周跳沒(méi)有消除,需要重新解算。

表1 不同觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度基線結(jié)果文件均方根誤差情況

表1為不同時(shí)段解算結(jié)果,表明16 h和24 h解算結(jié)果較好也很吻合。

另外以24 h解算的基線為參考對(duì)解算基線進(jìn)行了比較。結(jié)果如表2所示:

表2 不同時(shí)間長(zhǎng)度基線文件結(jié)果比較情況

結(jié)果表明,基線解算結(jié)果與處理數(shù)據(jù)的觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān),觀測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)解算結(jié)果越好。

3.2 GAMIT解算CORS基站不同觀測(cè)時(shí)間數(shù)據(jù)解算結(jié)果比較

選取了2013年6月2日(年積日為153)和2013年6月4日兩天(年積日為155)的GZCORS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和kunm、wuhn、shao、bjfs四個(gè)IGS站一起解算,采樣間隔為30 s。

最短基線:五山站(WUSH)到永和站(YONG),最長(zhǎng)基線:北京房山(BJFS)到昆明站(kunm)。具體情況如表3所示:

表3 基線長(zhǎng)度情況

表4 基線分布情況

通過(guò)使用GAMIT軟件解算基線后,得到基線文件O文件(ogzkca.153和ogzkca.155),然后使用SWS FOR GPSAdj軟件(將gamit軟件計(jì)算的基線轉(zhuǎn)換成徠卡格式的基線文件)讀入O文件,可以導(dǎo)出ASC后綴名的Leica基線文件。再導(dǎo)入到同濟(jì)平差軟件(TGGPS)中可以進(jìn)行平差計(jì)算。平差中固定五山站的空間直角坐標(biāo),進(jìn)行三維無(wú)約束平差,得到其他各點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)。然后對(duì)兩天的平差結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果如表5所示:

表明GAMIT處理數(shù)據(jù)多天不同的數(shù)據(jù),穩(wěn)定性好,基線重復(fù)性高。

表5 兩天觀測(cè)數(shù)據(jù)平差結(jié)果比較表

3.3 GAMIT與TBC解算結(jié)果比較

選取了2013年6月1日的GZCORS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和kunm、wuhn、shao、bjfs四個(gè)IGS站一起解算,采樣間隔為30 s。使用GAMIT軟件和TBC軟件解算得到的基線比較,可得到如表6所示:

表6 GAMIT和TBC軟件解算得到的基線比較

然后利用同濟(jì)平差軟件(TGGPS)進(jìn)行網(wǎng)平差計(jì)算,平差中固定五山站(WUSH)的空間直角坐標(biāo),進(jìn)行三維無(wú)約束平差,得到其他各點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)。以GAMIT解算結(jié)果為參考,比較兩種軟件計(jì)算的空間直角坐標(biāo)。結(jié)果如表7所示:

表明TBC軟件與GAMIT軟件解算的基線結(jié)果差異較大,導(dǎo)致平差后部分點(diǎn)位坐標(biāo)有較大差值。說(shuō)明TBC軟件在處理CORS基準(zhǔn)站長(zhǎng)基線數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)法獲得較高精度的雙差固定解結(jié)果,因此,在處理基于GZCORS的長(zhǎng)基線精密數(shù)據(jù)處理工作時(shí)需要使用到GAMIT等精密處理軟件。

4 小 結(jié)

TBC軟件運(yùn)行在Windows環(huán)境下,其基線解算相對(duì)簡(jiǎn)單一些,且解算出來(lái)的結(jié)果可以直接在平差軟件中進(jìn)行讀取,而GAMIT由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,主要運(yùn)行在Linux系統(tǒng)下,需要準(zhǔn)備的文件很多,在解算過(guò)程中有時(shí)嚴(yán)格按照步驟操作也會(huì)遇到許多問(wèn)題。

通過(guò)基線解算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于中短基線,采用TBC和GAMIT兩套軟件解算均可達(dá)到理想的成果。對(duì)于CORS網(wǎng)中的較長(zhǎng)的基線,科研軟件GAMIT模型嚴(yán)密,能得到較高精度結(jié)果;TBC軟件在滿足工程精度要求的基礎(chǔ)上,更注重軟件在具體應(yīng)用中的實(shí)用性和高效性。GAMIT軟件源代碼的開(kāi)放性更有利于軟件的完善和改進(jìn),軟件本身也更具有借鑒和研究?jī)r(jià)值。

[1] CJJ/T73-2010.衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 游振興,劉生榮,張屆等.TBC軟件在高速鐵路框架控制網(wǎng)基線解算的應(yīng)用[J].測(cè)繪地理信息,2013(2):29～31.

[3] 黎學(xué)宇,林吉兆,賈登科.GPS控制測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核軟件及其開(kāi)發(fā)[J].水運(yùn)工程,2013(7):118～121.

[4] 鄂棟臣,詹必偉,姜衛(wèi)平等.應(yīng)用GAMIT/GLOBK軟件進(jìn)行高精度GPS數(shù)據(jù)處理[J].極地研究,2006,17(3):173～182.

[5] 王留朋,過(guò)靜珺,金慧華等.GAMIT在LINUX操作系統(tǒng)上的安裝和使用[J].全球定位系統(tǒng),2005,30(6):43～46.

[6] 李國(guó)柱,魏保峰,馬波.LGO與GAMIT進(jìn)行GPS基線解算的精度分析——以昆明市城市軌道交通框架網(wǎng)為例[J].城市勘測(cè),2012(4):105～107.

[7] 盧獻(xiàn)健,任超.GPS數(shù)據(jù)處理科研軟件與商業(yè)軟件對(duì)比分析[J].全球定位系統(tǒng),2007(5):29～321.

[8] 李征航,黃勁松.GPS測(cè)量操作與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2004.

TBC and GAMIT CORS Baseline Solution Precision is Analyzed——GZCORS Reference Station Data Processing

Weng Yizhi
(Guangzhou Nansha Real estate surveying and evaluation management institute,Guangzhou 510000,China)

CORS system is one of the important infrastructure of geo-spatial framework,its stability is the key to ensure the normal operation of the system.According to“Technical code for urban surveying using satellite positioning system”requirements,the need for regular CORS network solution.Based on the Guangzhou CORS network as an example,for processing GPS static data on CORS station using TBC software and GAMIT software USA Trimble,the numerical solutions are different, the two GPS processing software solution results in the base line differences,some useful conclusions are obtained.

CORS;GAMIT;TBC;analysis;baseline solution

表7 GAMIT和TBC軟件解算得到的點(diǎn)位比較

2014—04—02

翁益志(1980—),男,工程師,主要從事房產(chǎn)測(cè)繪及工程測(cè)量技術(shù)工作。