高精度GPS数据在线处理系统的研究

liyf

文章编号: 0494-0911( 2013) 05-0016-04 中图分类号: P228． 4 文献标识码: B
高精度GPS 数据在线处理系统的研究
叶虎春1，聂桂根1，杨建会1，孙传胜2
( 1． 武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉430079; 2． 中国水电顾问集团贵阳勘测
设计研究院，贵州贵阳550081)
Research on High-precision GPS Data Online Processing System
YE Huchun，NIE Guigen，YANG Jianhui，SUN Chuansheng
摘要: 介绍国外几个主要GPS 在线数据处理服务系统及其局限性。基于Bernese 软件，利用Apache Web 服务器软件和Perl 开发
语言及HTML 语言，开发出一套高精度GPS 数据在线处理系统; 论述该系统的系统结构、功能设计和具体实现，并通过实例验证该
系统的可靠性，同时介绍该系统在连续运行参考站系统( CORS) 中的应用。
关键词: 系统结构; Bernese 软件; Perl; 在线数据处理
收稿日期: 2012-10-11
作者简介: 叶虎春( 1988—) ，男，江西上饶人，硕士生，主要研究方向为高精度数据处理。
一、引言
随着卫星连续运行参考系统和互联网技术的
发展，许多组织机构都开发了GPS 在线数据处理服
务系统，但这些系统也存在一定的局限性。如澳大
利亚国家制图局的AUSPOS［1］是澳大利亚测量与土
地信息组研制开发的在线处理系统，但是需要用户
为每个观测文件输入天线高和天线类型，一旦填错
了天线型号或天线高就有可能导致错误的定位结
果，并且最多只能处理7 个站，效率很低; SCOUT［2］
是美国SOPAC 中心提供的基于GPS 的在线处理服
务，需向SCOUT 指定的服务器传输RINEX 观测文
件，但是用户只能单站提交，另外SCOUT 只能同时
处理10 个文件; CSRS-PPP ［2-3］和GAPS［2，4
］分别是
加拿大国有资源局大地测量司和新不伦瑞克大学
提供的GPS 在线定位服务，用户可提交多个静态或
动态观测数据文件，但只能进行精密单点定位。
综合分析国外几个主要在线数据处理系统的
特点，笔者基于Bernese Software 5． 0 软件，利用
Apache Web 服务器软件、Perl 开发语言及HTML 语
言，开发了一套高精度GPS 数据在线处理系统，可
进行精密点定位和整网解算，用户只需要提供
RINEX 观测数据和E-mail 地址，就可获得数据处理
结果; 同时弥补了国外几个主要在线数据处理系统
的不足，用户可进行批量处理，可同时处理近百个
观测文件，满足CORS 系统数据处理的需要。
二、系统的结构、功能设计
1． 数据提交
用户通过网页提交各站的观测文件，观测文件
的格式必须为标准的RINEX 格式，文件的命名参照
IGS 站; 观测文件以压缩包的形式发送。用户可根
据需要选择精密单点定位或者整网解算( 需要输入
固定站) ，最后输入用户邮箱地址，数据提交完毕后
即可关闭网页，数据提交到结果接收的时间长短同
提交的数据量、网络及系统的繁忙程度有关。图1 为
高精度GPS 数据在线处理的页面。
图1 系统界面
2． 文件准备及数据处理
服务器接收到数据后，首先对提交内容的完整
性进行检查; 然后进行文件的准备，包括观测文件
预处理、接收机类型检查( 程序将自动增加新的接
收机类型) 、IGS 产品的准备，根据观测文件，系统自
动下载数据处理时所需要的IGS 产品; 最后系统会
根据提交的内容进行数据处理。精密单点定位时
无需任何固定站，要想获得更好精度的结果，需同
时选择网页中精密单点定位和整网解算两个选项，
此时精密单点定位为网解提供初始坐标信息。表1
16 测 绘 通 报 2013 年 第5 期
为数据解算时所用的策略与模型。
表1 系统解算时采用的主要策略与模型
处理模式静态
高度截止角10°
基线形成方式最大观测值法( OBS-MAX)
电离层延迟改正L1、L2 无电离层组合消除电离层
误差一阶项
对流层天顶延迟Saastamoinen，映射函数dry-Niell
对流层参数估计
利用wet-Niell 映射函数，对流层参
数估计间隔2 h
模糊度解算
准无电离层模糊度分解法( QIF
法)
天线相位中心改正IGS08 绝对相位中心改正模型
卫星轨道及地球自转
参数
采用IGS 发布的产品
3． 发送处理结果
系统通过用户给定的邮箱，发送数据处理的结
果，结果包括各站的坐标( X、Y、Z 或N、E、U) 、坐标
的精度信息和对流层参数等。图2 为该系统结构设
计的流程图。
图2 系统结构设计流程
三、系统实现
该系统是基于Windows XP 平台开发的，利用
Apache 2． 2 Web 作为服务器软件，采用HTML 语言
编写了用户提交数据的网页，后台数据处理软件采
用Bernese Software 5． 0，后台调用程序的开发使用
Active Perl 5． 14，笔者把Bernese 自动处理模块独立
出来，并将调用命令写成Perl 模块。
1． 服务器架设
利用Apache 2． 2 Web 解析Web 程序，通过在
Apache 服务器中内置mod_perl 的Perl 解释器，Perl
脚本就可以快速被执行。客户端建立连接后，通过
网页界面提交数据，Web 服务器侦听HTTP 请求，
CGI 程序即可获取请求并产生回复。图3 为Apache
模块功能分层。
图3 Apache 模块功能分层图
2． GPS 数据的自动解算
笔者编写了IGS 产品自动更新模块( 数据自动
下载模块) 、接收机类型和用户提交内容完整性检
查模块、精密单点定位模块、整网解算模块、邮件发
送模块及后台程序运行监测等30 多个模块。图4
为系统的主要核心模块及其功能。
图4 主要核心模块及其功能
该系统可处理近百个站的数据，用户只需将标
准的RINEX 观测文件压缩打包提交即可。整网解
算时需要用户指定固定站的站名，因此固定站的观
测文件应同其他站的观测文件一同提交给服务器。
四、系统可靠性验证及其在CORS 中的
应用
为了验证该系统的可靠性，将系统解算的结果
同国外其他在线数据处理系统解算的结果进行比
较分析，考虑到坐标框架不一致或坐标转换给系统
可靠性验证带来的影响，利用GAMIT 软件得到的基
2013 年 第5 期 叶虎春，等: 高精度 GPS 数据在线处理系统的研究 17
线结果同该系统解算的基线结果进行对比，并分析
系统基线解算的精度; 同时介绍了该系统在连续运
行参考系统中的应用。
1． 同其他系统解算结果比较
本文数据采取7 个IGS 站6 天的观测数据( 2011
年12 月26—31 日) ，采样率为30 s，观测时段为24 h。
将该系统精密单点定位解算的结果同GAPS 和
CSRS-PPP 进行比较，整网解算的结果同SCOUT 和
AUSPOS 进行比较，解算时采用相同的IGS 产品，坐
标均统一在ITRF2008 框架下，固定站的选取尽量保
持一致。该系统同其他在线数据处理系统解算结果
的差异情况( 观测时间为2011 年12 月31 日) 见
表2。系统解算的精度情况如图5 所示。
表2 高精度GPS 数据在线处理系统同其他在线处理系统解算的坐标差异
测站在线数据处理系统ΔX/mm ΔY/mm ΔZ/mm ΔN/( ″)
× 10 － 3
ΔE/( ″)
× 10 － 3 ΔU/m
BRUS
GAPS 4． 9 － 8． 4 － 13． 1 － 0． 4 － 0． 5 － 0． 007 5
CSRS-PPP 8． 3 － 4． 4 1． 4 － 0． 1 － 0． 2 0． 006 1
SCOUT 3． 9 － 9． 4 0． 5 － 0． 1 － 0． 5 0． 002 4
AUSPOS 6． 6 － 7． 6 － 0． 5 － 0． 2 － 0． 4 0． 002 6
FFMJ
GAPS － 9． 8 － 9． 9 － 7． 3 － 0． 4 － 0． 6 － 0． 207 2
CSRS-PPP 6． 1 － 5． 1 － 0． 4 － 0． 1 － 0． 3 0． 003 2
SCOUT 4． 6 － 4． 1 0． 0 － 0． 1 － 0． 4 0． 002 6
AUSPOS 6． 7 － 7． 9 － 0． 8 － 0． 2 － 0． 4 0． 002 5
MATE
GAPS 8． 0 － 7． 4 － 8． 0 － 0． 3 － 0． 4 － 0． 001 0
CSRS-PPP － 4． 6 － 11． 2 － 12． 6 － 0． 1 － 0． 4 － 0． 014 0
SCOUT 5． 1 － 7． 3 － 1． 3 － 0． 1 － 0． 4 0． 001 3
AUSPOS 6． 0 － 7． 4 － 1． 5 － 0． 1 － 0． 4 0． 001 8
ONSA
GAPS 1． 2 － 6． 2 － 17． 3 － 0． 3 － 0． 4 － 0． 014 6
CSRS-PPP 5． 3 － 6． 9 － 3． 7 － 0． 1 － 0． 4 － 0． 001 1
SCOUT 2． 6 － 3． 2 2． 9 0． 0 － 0． 2 0． 003 6
AUSPOS 5． 8 － 7． 1 － 3． 2 － 0． 2 － 0． 5 － 0． 000 2
PTBB
GAPS 5． 1 － 8． 6 － 13． 4 － 0． 4 9． 2 0． 021 2
CSRS-PPP － 0． 4 － 8． 5 － 3． 6 0． 0 － 0． 4 － 0． 004 0
SCOUT 4． 6 － 5． 5 7． 4 0． 1 － 0． 3 0． 008 1
AUSPOS 2． 6 － 7． 4 － 4． 7 － 0． 1 － 0． 4 － 0． 003 5
VILL
GAPS 8． 6 － 7． 5 － 7． 2 － 0． 4 0． 3 0． 002 4
CSRS-PPP 5． 9 － 8． 2 2． 2 0． 0 0． 4 0． 006 4
SCOUT 2． 3 － 5． 3 － 0． 8 － 0． 1 0． 2 0． 001 5
AUSPOS 9． 0 － 7． 7 0． 3 － 0． 2 0． 3 0． 007 2
ZIMM
GAPS 2． 2 － 11． 3 － 15． 5 － 0． 4 － 0． 5 － 0． 010 8
CSRS-PPP 3． 8 － 6． 5 － 2． 2 － 0． 1 － 0． 3 0． 000 4
SCOUT 2． 2 － 8． 7 － 5． 0 6． 1 8． 9 0． 007 1
AUSPOS 6． 7 － 7． 9 － 0． 8 － 0． 2 － 0． 4 0． 002 5
从表2 中可以看出，该系统进行精密单点定位
和整网解算时，同其他系统解算的坐标分量最大的
差异分别为17． 3 mm( 站ONSA) 和－ 9． 4 mm( 站
BRUS) ，考虑到各系统进行数据处理时采用的解算
策略并不一致，固定站的选取也不完全一致以及坐
标转换时对结果的影响等因素，可认为该系统解算
的结果同国外几个主要在线数据处理系统解算的
结果基本一致。从图5 可以看出，系统对所选数据
进行精密单点定位解算时，X、Y、Z 方向的RMS 值分
别在1． 1 mm、0． 8 mm、1． 1 mm 左右; 网解时X、Y、Z
方向的RMS 值分别在0． 8 mm、0． 3 mm、0． 8 mm
左右。
18 测 绘 通 报 2013 年 第5 期
图5 系统精密单点定位和网解的解算精度
2． 系统解算的基线结果分析
为了消除坐标框架对可靠性验证的影响，笔者
仍采用上述数据，利用GAMIT 软件进行基线解算，
共21 条基线，以6 天的基线综合解作为各条基线的
真值，同该系统解算的基线结果进行比较并分析其
精度。图6、图7 分别为系统解算所得基线的内、外
符合精度。从图6、图7 可以看出，系统的内符合精
度优于1． 2 mm，外符合精度优于6 mm。
图6 内符合精度
图7 外符合精度
3． 系统在CORS 中的应用
湖北省连续运行参考系统( HBCORS) 由湖北省
测绘局、省气象局、省地震局合作共建，省测绘工程
院组织系统基建工程和联测。目前HBCORS 共有
80 多个参考站。笔者利用该系统对HBCORS 80 个
参考站( 时间为2010 年10 月11 日) 进行了精密单
点定位，并选取SHAO( 上海) 、XIAN( 西安) 、WHUN
( 武汉) 为固定站对各参考站进行整网解算，各站坐
标分量的RMS 值在1 ～ 2 mm 左右，解算过程中，系
统运行良好。表3 为解算结果的统计信息。
表3 HBCORS 解算结果统计
参考站( 不含固定站)
| 独立基线数量
精密单点定位| 整网解算
平均RMS 值/mm
X Y Z
参考站站间
基线数量
参考站站间距离/km
最大值最小值平均值
80 个|79 条1． 3 |0． 9 1． 9 |1． 6 1． 2 |1． 1 3238 条670． 507 392 6 2． 564 613 3 250． 575 523 7
五、结束语
本文以Bernese Software 5． 0 作为系统的后台
数据处理软件，开发了高精度GPS 数据在线处理
系统。该系统可进行精密单点定位、整网解算，同
国外几个主要在线数据处理系统相比，增加了可
处理的测站数量，并且可进行批处理。为了验证
该系统可靠性，将系统解算的结果同国外其他在
线数据处理系统解算的结果进行了比较，最后给
出了利用该系统得到HBCORS 80 个参考站解算
的统计结果。
( 下转第53 页)
2013 年 第5 期 叶虎春，等: 高精度 GPS 数据在线处理系统的研究 19
性、判定桩腿的中心轴线、记录不规则变形等方面
具有明显的优势，为大型石油装备变形检测探索出
一种新型的有效的测量手段，具有广阔的应用推广
价值。
表1 4 条桩腿各直管段模型单元测量数据
1 号桩腿2 号桩腿3 号桩腿4 号桩腿
长度
/m
最小倾角
/( °)
偏移量
/mm
长度
/m
最小倾角
/( °)
偏移量
/mm
长度
/m
最小倾角
/( °)
偏移量
/mm
长度
/m
最小倾角
/( °)
偏移量
/mm
上1 直段7． 0 89． 809 76 3． 7 89． 894 25 7． 4 89． 750 152 6． 5 89． 750 60
上2 直段10． 6 89． 832 61 6． 5 89． 920 24 7． 1 89． 715 120 6． 5 89． 825 39
上3 直段3． 4 89． 727 39 6． 0 89． 907 22 13． 0 89． 797 85 3． 1 89． 753 27
上4 直段3． 2 89． 847 27 4． 1 89． 955 18 - - - 3． 5 89． 905 21
上5 直段3． 3 89． 931 22 4． 0 89． 927 15 - - - 4． 1 89． 973 24
上6 直段- - - 3． 2 89． 892 10 - - - 3． 8 89． 872 22
中1 直段0． 8 - 23 0． 8 - 5 0． 8 - 39 0． 8 - 18
中2 直段9． 0 89． 923 24 9． 0 89． 972 9 9． 0 89． 878 36 9． 0 89． 915 18
中3 直段1． 3 - 15 1． 3 - 4 1． 3 17 1． 3 - 9
下1 直段1． 3 89． 960 16 1． 3 89． 861 9 1． 3 89． 951 18 1． 3 89． 403 7
下2 直段2． 9 89． 904 16 2． 6 89． 919 10 5． 4 89． 852 19 0． 2 89． 893 5
下3 直段6． 5 89． 895 12 4． 6 89． 864 9 4． 0 89． 874 9 4． 8 89． 924 7
下4 直段- - - 2． 2 89． 653 13 - - - 4． 4 89． 933 5
参考文献:
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光扫描作业标准规范［S］． 北京: 石油工业出版
2011．
( 上接第19 页)
随着各省CORS 网的建立与完善，数据处理量也在
不断增大，但国内仍然没有一套成熟的在线数据处
理系统。笔者开发的高精度GPS 数据在线处理系
统为连续运行参考系统提供了较为方便的数据处
理平台，同时也有利于国内在线数据处理系统的研
究与应用。
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高精度GPS数据在线处理系统的研究.pdf (1.02 MB, 下载次数: 0)

2014-10-1 08:07 上传

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