Bernese在Windows系統下的安裝與應用

顧煥杰,黨學會

(中國地震局第一監測中心,天津300180)

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Bernese在Windows系統下的安裝與應用

顧煥杰,黨學會

(中國地震局第一監測中心,天津300180)

Bernese數據處理軟件是目前處理高精度GPS數據方面最優秀的軟件之一,現在最新的版本為5.2。本文介紹了Bernese5.2在Windows7系統下的安裝方法及數據處理過程,并通過實例來分析其進行網平差后所得到的坐標結果是可靠的。

Bernese;Windows;安裝;網平差

0 引 言

目前國際上有幾個比較有名的高精度GPS科研分析軟件,即美國麻省理工學院和美國加利福尼亞大學海洋研究所共同研究開發的GAMIT軟件、德國GFZ研究開發的EPOS軟件、美國噴氣動力實驗室研究開發的GIPSY軟件以及瑞士伯爾尼大學研究開發的Bernese軟件。其中Bernese軟件有別于以上幾個軟件,以其既能處理GPS 雙差數據,也能處理GPS非差數據,而且該軟件雖具有商業性質,但能提供源代碼,適合用戶進行二次開發等優點,一直被地球動力學、衛星重力測量、大氣研究、地震監測等領域廣泛使用[1-3]。本文介紹了Bernese5.2在Windows7系統下的安裝與應用,希望對Bernese的用戶有所幫助。

1 Bernese5.2軟件的安裝

Bernese5.2軟件適用于Windows各系統(98/2000/XP)和UINX 系統等軟件平臺,因其在Windows系統下操作界面為圖形界面,所以使用更為方便。以常用的Windows 7操作系統為例介紹安裝步驟。

1.1 安裝環境要求

Bernese5.2 軟件的安裝僅需要大約500 Mb的硬盤空間,不過需要為存放自己的數據提供足夠的硬盤空間(數據存放于GPSDATA目錄下),軟件運行過程中所產生的臨時文件可能需要幾個G的硬盤空間。另外,該軟件運行還需要Perl 5軟件支持,其當前的版本可以運行“perl-v”命令進行查詢。

1.2 安裝前準備

1) 用戶可以在http://www.bernese.unibe.ch/order/地址下載申請表格,填寫后經軟件研發組審核,審核通過后交納一定費用即可獲得Bernese5.2 軟件包。該軟件包包含以下文件:

content.txt:光盤的內容;SETUPBERN52.EXE: Bernese 5.2軟件主程序;SETUPGPSUSER52.EXE: 用戶環境程序;SETUPGPSTEMP.EXE:臨時用戶環境程序;SETUPCAMPAIGN52.EXE:工程目錄程序;SETUPDATAPOOL.EXE: 數據池程序;SETUPSAVEDISK.EXE: 數據保存程序;ZIPEXEexe_aiub_32.zip: 32位系統可執行文件(默認);ZIPEXEexe_aiub_64.zip 64位系統可執行文件;READMEINSTALL.TXT:安裝過程的描述;READMEJPL_EPH.TXT:JPL星歷文件制作;READMEFIRST_STEPS.TXT:第一次運行軟件的描述;READMEV50_TO_V52.TXT:Bernese5.0版本到Bernese5.2轉換描述;READMEUPDATE.TXT:軟件更新過程的描述READMEDOCU52.pdf: Bernese5.2版本用戶手冊;READMETUTORIAL.pdf: 入門教程。

2)下載Perl軟件包,用戶可以從http://www.activestate.com/activeperl/地址下載Activ-ePerl-5.18.2.1801-MSWin32-x86-64int-297964.msi 文件。

1.3 Bernese安裝步驟

1.3.1 Bernese5.2 軟件安裝

按如下順序依次安裝光盤中的可執行文件:

1) BERN52

2) GPSUSER52 (需要同時安裝 GPSTEMP)

3) CAMPAIGN52 (需要同時安裝DATAPOOL 和 SAVEDISK)

上述每個安裝向導還可單獨安裝。每一個設置向導將相應的目錄復制到你的硬盤并且為用戶建立環境變量。在安裝過程中安裝向導將默認安裝在C盤,個人建議將軟件和其他組件安裝在另一個分區。

通常,Bernese軟件在每臺計算機的Windows平臺上只有一個用戶可以使用。然而,一個多用戶環境的建立可以基于一個臺式電腦Windows服務器提供的網絡驅動器。在這種情況下,BERN52、GPSDATA、DATAPOOL、CAMPAIGN52和SAVEDISK應該安裝在網絡驅動器上,而GPSUSER52和GPSTEMP安裝在用戶的本地臺式電腦上。注意,環境變量必須定義在所有使用該軟件的計算機上(從不同的電腦相同的目標區域運行安裝向導時注意不要產生任何干擾,個人認為手動復制Bernese相關環境變量是較為方便且安全的)。下面就每個步驟的安裝進行詳細描述。

-BERN52的安裝：運行BERN52.exe

按照設置向導選擇安裝目錄:

…BERN52BPE perl語言主要的模塊和腳本

GPS 一般文件、幫助文檔、主輸入面板、腳本等

INC 主要的Fortran模塊和腳本

LIB Fortran 子程序和子模塊

MENU 用戶界面(菜單程序)

PGM Fortran主要處理程序

此安裝將在注冊表中設置新的用戶環境變量,這些變量是:

VERSION Bernese版本號

C安裝過程中所選擇BERN52的位置

X一般文件和腳本的位置

XG主程序可執行文件的位置BERN52PGMEXE_AIUB

XQ菜單可執行文件的位置BERN52MENU

BPE安裝過程中所選擇BPE的位置BERN52BPE

I Fortran主要模塊和腳本的位置BERN52INCFOR

LG Fortran常規模塊庫的位置BERN52LIBFOR

FG主程序源的位置BERN52PGMFOR

USER用戶名變量

BERNESE_VARIABLES 運行BPE用戶腳本,變量列表顯示“P T X U USER”

BPE_SERVER_HOST BPE主機名稱

F_VERS 改變編譯器的名字,如果想通過自己編譯源代碼

F_VERS_LIST 額外的Fortran編譯器列表

OS_NAME 操作系統“WIN32”

QTBERN QT庫(僅用于編譯路徑菜單)

CGROUP 測試AIUB

以上為32位系統下,64位系統的話只需在光盤目錄下找到ZIPEXEexe_aiub_64.zip,將這些文件復制到BERN52PGMEXE_AIUB目錄下并替換32位可執行文件即可。

-GPSUSER52的安裝

在光盤目錄下運行GPSUSER52.EXE。安裝GPSUSER52時沒有必要在BERN52下創建子目錄。它包含運行BPE所需的所有文件。

-GPSTEMP

在光盤目錄下運行GPSTEMP.EXE 即可。

-CAMPAIGN52 (需要同時安裝DATAPOOL和SAVEDISK)

在光盤目錄下運行CAMPAIGN52.EXE,設置向導將建立最初的CAMPAIGN52目錄。(請注意用于Bernese環境下所有變量的UNIX-syntax也同樣用于Windows平臺上)。安裝成功之后,一個新的“CAMPAIGN52”圖標應該出現在你的桌面。隨著時間的推移,這一領域會占用大量的磁盤空間。一定要將它安裝在一個合適的磁盤/分區。尤其是GPSDATA不應位于C:分區。

-DATAPOOL

默認情況下,數據庫將在CAMPAIGN52.EXE安裝向導的最后安裝,也可在光盤目錄下運行DATAPOOL.EXE.

-SAVEDISK

默認情況下,SAVEDISK將在CAMPAIGN52.EXE安裝向導的最后安裝,也可在光盤目錄下運行SAVEDISK.EXE。

1.3.2 Perl軟件安裝

將之前下載的Perl軟件包解壓,進行安裝。

1.3.3 確認安裝

Bernese5.2軟件安裝完畢后會建立一些環境變量,這些環境變量代表Bernese5.2軟件運行時常用的路徑。這時,需要重啟計算機以使這些新的環境變量可用。至此,雙擊桌面上的“Bernese5.2”圖標即可啟動Bernese5.2軟件。

1.3.4 制作DE405.EPH星歷文件

DE405.EPH星歷文件是用來計算太陽、月亮和行星的萬有引力以確定衛星軌道,它是用Bernese5.2軟件進行數據計算所必須的,其制作方法可以參閱README/JPL_EPH.TXT。制作完成后將其存放于“GEN”文件夾下,才能保證軟件的正常運行。需要注意的是不能使用原來的“DE200.EPH”星歷文件。

1.3.5 軟件升級

為了保證Bernese軟件為最新版本,經過軟件研究團體的不斷開發和維護,并時常對軟件進行完善和改進,所以軟件在安裝完后也需要不斷升級。用戶可選擇使用CD盤升級或者選擇網絡下載升級包升級。網絡升級的方法為:在命令提示符里輸入“perl %X% EXE configure.pm”,選擇“2 …Install online updates”,命令行就會提示軟件當前安裝的版本和需要更新的版本,根據提示信息對軟件進行升級直到沒有新的更新包可用[4-10]。

2 Bernese 軟件數據處理方法

Bernese軟件具有眾多功能,因此其數據處理方法也不是唯一的。 由于GPS數據處理最為經典的應用就是根據觀測值求解測站的坐標,因此下面給出GPS數據雙差處理精確求解測站坐標的幾個基本步驟。

2.1 處理數據的準備

在處理數據之前需要把RINEX格式的數據轉化為Bernese二進制格式文件。還需要準備好觀測文件、星歷文件、更新數據處理所需的表文件(更新網址為:http://www. aiub. unibe.ch/download/BSWUSER50/GEN/)。

2.2 衛星軌道標準化

衛星星歷可以在精密星歷和廣播星歷中選擇其一。Bernese軟件在軌道部分有PRETAB程序和ORBGEN程序。

2.3 計算接收機時鐘改正量

使用CODSPP程序計算接收機時鐘改正量,同時提供后驗的均方根誤差值在其輸出文件中。

2.4 形成基線文件

使用SNGDIF程序形成基線文件,根據選定的準則使其在整個處理網中形成獨立的基線單差文件。通常選用最大觀測值準則(OBSMAX),也可以用人工方式或其他標準來定義基線。

2.5 相位觀測值預處理

預處理相位觀測值的核心程序是MAUPRP,該程序既能處理非差數據也能處理單差數據。

2.6 參數估計

在Bernese中參數估計有兩個主要程序,第一個是GPSEST,該程序是基于原觀測值來求解參數;第二個是ADDNEQ 2,該程序則是基于偽觀測值來求解參數。通常采用QIF(Quasi-Ionosphere-Free)求解模糊度,并忽略基線的相關性,逐條基線求解。歷元參數通常需要先預消除,然后在法方程層次上回代求解。

2.7 多時段綜合解

多時段綜合解需用的程序為ADDNEQ 2,將上一步驟所得的各時段全部基線解作為偽觀測值再進行平差,使參數解更為精確,或者用來反演地球自轉參數、測站速度等其他參數。

3 實例分析

Bernese和GAMIT一樣,采用的是雙差模式進行處理。Bernese處理一般分為兩個步驟,首先利用GPSEST解算子網單日解,再利用ADDNEQ 2將單日解進行整體平差。Bernese軟件在處理同步觀測數據時只處理獨立基線邊,可利用多個CPU進行并行處理或多臺工作站同時處理,由計算程序、菜單程序及自動化驅動程序三大部分構成。為了提高GPS數據處理精度,Bernese軟件中有多種模型改正,如海潮改正、固體潮汐改正、極潮改正、相對論改正、天線絕對相位模型改正和電離層改正等等。

為了驗證Bernese的實際解算精度,本文選取了2014年浙江省境內9個基本站9天的數據進行解算(本次計算采用的主要模型如表1所示。計算采用IGS提供的IGB08.FIX框架點文件(IGS08的升級版,去除了IGS08中一些因地震等地殼運動活躍影響較大站點,增加了一些較為穩定站點),這也是IGS數據解算中心以及Bernese軟件目前推薦的解算框架。

為了將區域解納入到ITRF2008參考框架,在單日解數據處理時聯立區域IGS站進行整網平差,得到基于ITRF2008框架下的坐標。限于篇幅本文只選擇2014年3個基本站的數據,并將其轉換到GAMIT軟件的N、E、U坐標系統下,得到各個站點的時間序列圖(圖1示出了2014年浙江省境內3個基本站年積日287～296日三方向時間序列,出于數據保密的考慮,數據做了部分處理)。

表1 Bernese解算主要模型

圖1 2014年浙江省境內3個基本站年積日287-296日三方向時間序列

從圖1可以看出,誤差分布比較均勻,表現了E、N分量精度相對較高,U分量精度較低的特性。

4 結束語

通過對Bernese的安裝介紹以及實例的講解,說明了Bernese進行網平差后所得到的坐標結果是可靠的。然而,Bernese是一款較為復雜的GPS處理軟件,在實際使用時,會遇到各種各樣的問題,這就需要在實踐中不斷地摸索總結,以便掌握其中各項參數的設置與含義,為以后的二次開發做好準備。

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[10] 劉垚. GAMIT/GLOBK在Linux系統下的安裝與應用[J].北京測繪,2014(4):30-33.

Bernese Installation And Application Based On Windows System

GU Huanjie,DANG Xuehui

(FirstCrustMonitoringandApplicationCenter,CEA,Tianjin300180,China)

Bernese date processing software is one of the best GPS positioning and orbit determination software, and the latest version of Bernese is 5.2 yet. The application of Bernese 5.2,which installed under Windows 7 platform, is described in this paper. The results of numerical examples illustrate the coordinate obtained from network adjustment are reliable.

Bernese; Windows; installation; network adjustment

10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.05.025

2016-05-03

P228.4

A

1008-9268(2016)05-0123-05

??歷文件標識

顧煥杰 (1988-),男,青海西寧人, 助理工程師,主要從事GPS測量及相關研究工作。

黨學會 (1984-),男，河南商丘人，工程師，主要從事GPS測量及數據處理工作。

聯系人： 顧煥杰 E-mail: dzj_guhuanjie@163.com