區域CORS數據自動處理系統

姜英明，郭金運，高士民，杜珺，劉智敏

(1.山東科技大學 測繪科學與工程學院，青島 266590；2.山東省國土測繪院，濟南 250102)

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區域CORS數據自動處理系統

姜英明1，郭金運1，高士民2，杜珺1，劉智敏1

(1.山東科技大學 測繪科學與工程學院，青島 266590；2.山東省國土測繪院，濟南 250102)

采用GAMIT/GLOBK軟件結合MySQL關系數據庫管理系統，使用C/S架構模式開發一套區域CORS數據自動處理系統，實現對區域CORS數據的自動化數據管理和自動基線解算、自動網平差處理。通過對山東CORS的數據進行處理，測試結果顯示，其基線解算的NRMS值優于0.188，基線重復性優于0.012 m，坐標解算結果與Bernese解算結果互差在0.013 m內，驗證了數據處理的精度及可靠性。

CORS自動解算；GAMIT/GLOBK；數據庫應用；CORS數據管理;GPS數據處理

0 引 言

連續運行參考站系統(CORS)使用差分的方法為用戶提供服務，可以在提供厘米級的定位精度的同時將測量的時間大大縮短，因此在全國范圍內得到了廣泛的發展和應用[1-3]。

隨著全國范圍內CORS系統的廣泛建立，如何快速及時地對參考站的觀測數據進行處理已成為亟需解決的實際問題。目前的CORS數據處理大多采用GAMIT/GLOBK軟件或Bernese軟件由人工操作進行，技術難度大，無法實現對CORS數據的及時解算。

對區域CORS數據自動化處理系統的研究，目前國內還較少且主要采用Bernese軟件進行研制。武漢大學GNSS中心曾基于Bernese軟件研發了GPS數據自動處理系統Auto-Bernese[4]。西南交通大學曾研發了基于Bernese 4.2的全球定位系統數據處理軟件并成功實現了數據準備、基線解算及網平差處理和坐標轉換等功能[5]。而針對GAMIT/GLOBK的GPS數據自動處理系統的研發還較少，國內僅郭際明等利用Shell腳本語言實現了一個較簡陋的CORS數據自動解算系統[6-7]。但該系統只實現了GAMIT/GLOBK程序的定時解算，對數據及解算結果等的管理功能需要人工進行。

由于GAMIT/GLOBK軟件運行在UNIX/類UNIX系統上且采用在終端輸入操作命令的方式，對使用者的UNIX/類UNIX系統的熟悉程度提出了較高的要求。而且CORS系統的參考站具有全天候觀測、數據量大、數據類型多等特點，比如一個站點的采樣間隔為1 s的接收機觀測一天數據就可達到170 MB以上。結合數據庫技術可以實現對區域CORS數據的有效管理[8]。因此建立一個基于GAMIT/GLOBK軟件和數據庫技術的區域CORS數據自動處理系統，可以有效地提高數據的解算速度并能及時發現參考站的坐標異常，降低CORS數據處理技術難度，大大方便CORS系統的運維與應用。

本文提出一個基于關系數據庫MySQL和高精度GNSS解算軟件GAMIT/GLOBK的區域CORS數據自動處理系統，實現對參考站的接收機/天線類型、站點位置、所屬單位和先驗坐標等屬性的管理，實現對參考站觀測數據的自動處理及對參考站觀測數據和解算結果的管理。

1 功能及實現

1.1 功能需求

為滿足區域CORS數據自動化處理系統的使用需求，系統應具備以下功能：

1) 站點信息管理。實現CORS參考站站點信息的添加、編輯、刪除等功能，相應的以站點為單位實現對參考站的接收機/天線類型、站點位置、站點照片和點之記、站點所屬單位、站點類型等的管理功能。

2) 數據管理。以觀測日期為單位實現對CORS站觀測數據的導入、導出、刪除功能，以統計表格的形式實現對站點觀測數據完整性的查看功能。實現對數據解算所需的準備文件(廣播星歷、精密星歷等)的導入、導出、刪除等功能。

3) 準備文件自動下載。為實現系統在無人值守環境下的自動數據處理，需實現對數據解算過程中所需的準備文件的自動數據下載。

4) 用戶管理。為保證CORS數據安全性與保密性，需要對各用戶數據實行隔離存儲。因此需實現用戶管理功能，并為用戶分配一定的角色權限，不同角色可使用不同的功能模塊，且對不同的數據進行操作。

5) 數據處理。實現數據解算任務的自動和手動提交，系統在收到數據解算的任務后，調用GAMIT/GLOBK程序對相應數據進行基線解算和網平差，并在數據解算完成后將解算結果保存到數據庫中供用戶使用。

6) 輔助應用分析。對CORS參考站觀測數據和數據處理結果進行后期分析，如數據觀測質量的檢核評定、站點穩定性分析、動態參考框架、可降水汽含量和總電子含量的分析利用等。

1.2 結構設計

為實現功能需求中所提出的各項功能，對系統進行結構設計。系統采用客戶端/服務器模式(C/S)開發，系統由客戶端程序、準備文件自動下載程序、數據解算任務自動提交程序、數據解算服務器端程序和MySQL數據管理系統組成。系統基于數據庫管理系統和數據處理過程中所依賴的數據處理程序運行。系統使用C#語言和C Shell語言開發，在Windows操作系統，C#程序運行在微軟 .NET運行環境之上，在Linux系統則運行在Mono“運行環境”之上。C#語言用于實現客戶端、數據解算服務器端程序以及對數據庫接口的調用，C Shell用于對GAMIT/GLOBK等數據處理程序的底層調用。整個系統的分層結構如圖1所示。

圖1 系統分層結構

1.3 數據庫設計

根據結構設計對數據庫系統所提出的要求，數據庫管理系統的功能需求如下：

1) 系統初始化時創建一個管理員賬戶。

2) 管理員賬戶可以創建不同的角色，并對角色賦予不同的功能；管理員賬戶亦可以創建不同的用戶，并為用戶分配所屬的角色。

3) 用戶可以對參考站站點進行管理，如添加、刪除、修改站點接收機和天線類型等，也可以查看數據庫中保存的數據解算結果并對結果做適當后處理分析。

5) 用戶可以對某一時段(以天為單位)的觀測數據提交數據解算任務，也可以設置由自動解算程序在某一時刻定時向數據庫提交某時段觀測數據的解算任務，提交的任務保存在數據庫的數據處理任務表中。

6) 數據解算服務器程序在檢測到數據庫中存在未解算過的任務時，將從數據庫中獲取該任務所需的觀測數據和準備文件，然后調用GAMIT/GLOBK程序對數據進行解算。若解算成功，則將解算結果保存到數據庫中。

7) 為了使用戶可以了解任務的執行狀態(如開始執行、解算完成，執行出錯等)，數據解算服務器程序將在執行的關鍵步驟處向用戶發送消息。消息保存在消息表中，客戶端可以在用戶登錄客戶端時向用戶顯示這些消息。

根據數據庫系統的功能需求分析，對數據庫進行概念設計，得到的實體-聯系圖(E-R圖)，如圖2所示。其中站點具有所屬單位、所在位置、接收機類型、天線類型、啟用時間等屬性，解算任務具有任

圖2 數據庫概念設計

務類型(基線解算、網平差等)、數據日期，任務提交時間、任務開始執行時間、任務完成時間和任務參數配置等屬性。依據數據庫的概念設計進行數據庫邏輯設計，按照數據庫的邏輯設計在數據庫管理系統中創建相應的數據表[9]。

整個系統的頂層數據流如圖3所示。系統中，觀測數據既可以由客戶端上傳，也可通過系統掃描各測站推送數據的文件夾上傳。數據解算過程中用到的準備文件，由準備文件自動下載程序每天定時下載后上傳到數據庫中。用戶可以通過客戶端程序向系統發送數據管理請求，系統執行對應的數據管理操作后將數據管理結果返回給客戶端。客戶端或解算任務自動提交程序都可以向系統發送數據處理任務，數據解算服務器端程序在空閑時頻繁地檢查數據庫中的待處理任務表，檢測到待處理的任務后，從數據庫中獲取對應的觀測數據及解算所需的準備文件后調用GAMIT/GLOBK程序對數據進行解算，并在解算完成后將數據處理結果保存到數據庫中。用戶可以通過客戶端對解算結果進行查看和分析。

圖3 系統頂層數據流

2 程序實現

按照軟件系統的設計，使用C#和C Shell編程對系統進行編程實現，得到的客戶端程序，準備

首先從戰略全局化的角度出發，統籌協調政府多部門與社會各界力量，形成全域化的社會管理合作機制體制；其次依法治理旅游糾紛，解決旅游監管交叉與缺位并存的尷尬處境，創建旅游綜合執法隊伍，強化相關法律法規的執行力度；最后圍繞“屈賈之鄉”、“山水洲城”的人文底蘊、弘揚“敢為人先”的湖湘精神，全面體現“現代湖湘文化融合之都、山水田園休閑勝地、中部臨空會展名城”的整體形象。

文件自動下載程序，數據處理任務自動提交程序和數據解算服務器端程序。其中客戶端程序主界面分別如圖4所示。

圖4 系統客戶端程序主界面

3 解算實例及精度驗證

為驗證該程序的可行性以及解算精度，利用山東省國土測繪院SDCORS運行中心所提供的山東CORS于2015年1月1日和2012年每月15日共13天，每天約90個CORS站點的觀測數據進行測試。解算時的參數配置如表1所示。

表1 GAMIT/GLOBK解算參數配置表

3.1 NRMS值

標準化均方根誤差(NRMS)可以作為衡量GAMIT基線解算結果精度的重要指標。根據國內外經驗，一般要求該值小于0.3，如果NRMS大于0.5，則說明解算中可能有周跳沒有被清除，此時需進行人工處理進行周跳修復[10]。

考慮到山東CORS參考站點數量較多，為節約解算時間，依據山東CORS參考站網的網形分布，在基線解算時將山東CORS參考站網劃分為東西兩個子網分別進行解算[11]。基線解算完成后再合并進行網平差處理。在進行子網劃分時，兩個子網間保留4個公共參考站點，并加入同時段的BJFS、CHAN、DAEJ、SHAO、SUWN和WUHN等6個IGS跟蹤站的觀測數據進行聯測。本次所得到的處理結果的驗后NRMS如表2所示。

由統計可見，本次所測試的13天的觀測數據的基線解算結果，其驗后NRMS值均在0.175～

0.194之間，其中子網一的驗后NRMS平均值為0.188，子網二的驗后NRMS平均值為0.187,符合精度要求。

表2 GAMIT/GLOBK所得基線

3.2 基線重復性

基線重復性是評價基線解算質量的重要指標，本次驗證所得到解算結果如圖5～圖6所示。

圖5 基線各分量重復性值分布

圖6 基線長度的重復性值分布

本次解算中，各基線在各方向的基線重復性值的統計結果如表3所示。

表3 基線重復性值統計

基線重復性值較小，說明解算結果中各基線的相互符合度較高，滿足基線解算的精度要求。

3.3 坐標精度

因為CORS站點的坐標真值不可知，因此采用Bernese軟件對同一時段數據的解算結果與GAMIT/GLOBK自動解算結果進行對比[12]。

取SDCORS在2015年1月1日的88個參考站的觀測數據，分別用Bernese軟件和本系統進行數據處理。其中GAMIT/GLOBK的主要配置項如表1所示，Bernese的配置項如表4所示。

表4 Bernese軟件的解算參數配置表

對解算出的站點坐標進行統計對比，其坐標在X、Y、Z三方向的差值分布圖如圖7所示。差值統計結果如表5所示。

圖7 兩程序解算坐標差值分布圖

方向X方向/mY方向/mZ方向/m最大值-0．00040．00910．0011最小值-0．0083-0．0045-0．0127平均值-0．00420．0036-0．0030標準差0．00150．00250．0021

對比結果顯示，Bernese軟件解算結果與使用本系統的解算結果，其坐標互差在13 mm以內。三個方向差值的符號基本相同，這表明兩程序的差值有一個系統性的偏差，這可能是由于解算過程中使用了不同的模型導致的。若以Bernese軟件的坐標解算結果作為參考值，則本系統的坐標解算結果符合省級CORS在ITRF地心參考框架中互差小于0.05 m的精度要求。

4 結束語

本系統采用C/S架構開發，集合數據庫管理軟件MySQL和高精度GPS數據處理程序GAMIT/GLOBK的優勢，實現無人值守情況下的區域CORS數據的全自動處理。使用圖形界面編程的方式改進了GAMIT/GLOBK程序的操作友好性，降低了技術難度，可以使對此程序不甚熟悉的用戶也可以實現快速上手使用，提高了生產效率。由于數據解算更及時，便于監控參考站的運行狀況，有助于提高CORS系統的穩定性、安全性與可靠性。

本系統還驗證了使用GAMIT/GLOBK程序進行區域CORS數據自動解算的可行性。SDCORS實際應用表明，GAMIT/GLOBK程序在自動解算時的精度也不亞于人工手動處理，能夠滿足區域CORS網坐標在5 cm內的精度要求[13]。

[1] 陳俊勇.大地坐標框架理論和實踐的進展[J].大地測量與地球動力學, 2007, 27(1)：1-6.

[2] 劉經南，劉暉.連續運行衛星定位服務系統——城市空間數據的基礎設施[J]. 武漢大學學報(信息科學版),2003, 28(3):259-264.

[3] 劉經南，劉暉，鄒蓉，等.建立全國CORS更新國家地心動態參考框架的幾點思考[J].武漢大學學報(信息科學版), 2009, 34(11):1261-1265.

[4] 張彩紅,聶桂根,熊熊,等.基于Internet的GPS數據自動處理系統的研究[J]. 測繪通報, 2007(8):26-28.

[5] 陳豪. GPS長基線數據處理研究與實現[D]. 成都:西南交通大學, 2010:45-51.

[6] 王超,郭際明,周命端,等. 高精度GPS數據處理中GAMIT批處理方法與實現[J]． 測繪信息與工程, 2012(2):10-12.

[7] 郭際明,周大山,高奮生, 等．CORS參考站數據自動化處理程序設計[J]． 測繪通報, 2015(5):17-19.

[8] 覃雄派,王會舉,李芙蓉,等. 數據管理技術的新格局[J]. 軟件學報, 2013, 24(2):175-191.

[9] 杜珺,劉新,熊衛東, 等. 區域CORS數據庫管理信息系統的設計與實現[J]. 全球定位系統, 2015, 40(5):102-106.

[10] HERRING T A , KING R W , MECLUSKY S C . GAMIT reference manual[EB/OL]. Massachusetts Institute of Technology, MIT, 2010: 63-64.

[11] 姜衛平, 趙倩, 劉鴻飛,等. 子網劃分在大規模GNSS基準站網數據處理中的應用[J]. 武漢大學學報(信息科學版), 2011, 36(4):389-391.

[12] 黃超, 楊穎, 熊衛東, 周銳, 張海平, 等. 基于Bernese 5.0的區域OCRS數據自動處理系統[J].山東科技大學學報(信息科學版), 2015,34(5):75-81.

[13] 張海平，高士民，周長志．SDCORS系統測試與技術性能分析[J].全球定位系統.2013,38(3): 61-64.

Automatic Data Processing System of Regional CORS

JIANG Yingming1,GUO Jinyun1,GAO Shimin2,DU Jun1,LIU Zhimin1

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China；2.ShandongProvincialInstituteofLandSurveyingandMapping,Jinan250102,China)

Based on the GAMIT/GLOBK software and MySQL database management system, the client/server architecture is used to develop a regional CORS data automatic processing system for regional CORS data management and automatic data process. By processing Shandong CORS data , test results show that the baseline solution of NRMS values is superior to 0.188, baseline repeatability is better than 0.012 m.Compared with the results calculated by Bernese,the difference of coordinate solutions is 0.013 m, which verifies the accuracy and reliability of this data processing system .

Automatic data processing of CORS; GAMIT/GLOBK; database utilization； CORS data management; GPS data processing

10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.05.024

2016-03-31

國家自然科學基金(批準號：41374009); 山東省自然科學基金(批準號：ZR2013DM009)

TP274.2

A

1008-9268(2016)05-0117-06

姜英明 (1991-)，男，碩士生，主要從事GNSS數據處理等研究。

郭金運 (1969-)，男，博士、教授、博導，主要從事空間大地測量、海洋大地測量和物理大地測量等研究。

高士民 (1984-)，男，工程師，主要從事衛星大地測量工作。

杜珺 (1991-)，女，碩士生，主要研究方向為地理信息系統的應用與開發。

劉智敏 (1975-)，女，博士，副教授，主要從事GNSS定位理論技術及其應用。

聯系人： 姜英明 E-mail: jiangyingming@live.com