葉虎春，聶桂根，楊建會，孫傳勝

(1.武漢大學衛(wèi)星導航定位技術研究中心，湖北武漢430079;2.中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院，貴州貴陽550081)

一、引 言

隨著衛(wèi)星連續(xù)運行參考系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，許多組織機構都開發(fā)了GPS在線數(shù)據(jù)處理服務系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)也存在一定的局限性。如澳大利亞國家制圖局的AUSPOS［1］是澳大利亞測量與土地信息組研制開發(fā)的在線處理系統(tǒng)，但是需要用戶為每個觀測文件輸入天線高和天線類型，一旦填錯了天線型號或天線高就有可能導致錯誤的定位結(jié)果，并且最多只能處理7個站，效率很低;SCOUT［2］是美國SOPAC中心提供的基于GPS的在線處理服務，需向SCOUT指定的服務器傳輸RINEX觀測文件，但是用戶只能單站提交，另外SCOUT只能同時處理 10 個文件;CSRS-PPP［2-3］和 GAPS［2，4］分別是加拿大國有資源局大地測量司和新不倫瑞克大學提供的GPS在線定位服務，用戶可提交多個靜態(tài)或動態(tài)觀測數(shù)據(jù)文件，但只能進行精密單點定位。

綜合分析國外幾個主要在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的特點，筆者基于 Bernese Software 5.0軟件，利用Apache Web服務器軟件、Perl開發(fā)語言及HTML語言，開發(fā)了一套高精度GPS數(shù)據(jù)在線處理系統(tǒng)，可進行精密點定位和整網(wǎng)解算，用戶只需要提供RINEX觀測數(shù)據(jù)和E-mail地址，就可獲得數(shù)據(jù)處理結(jié)果;同時彌補了國外幾個主要在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的不足，用戶可進行批量處理，可同時處理近百個觀測文件，滿足CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的需要。

二、系統(tǒng)的結(jié)構、功能設計

1.數(shù)據(jù)提交

用戶通過網(wǎng)頁提交各站的觀測文件，觀測文件的格式必須為標準的RINEX格式，文件的命名參照IGS站;觀測文件以壓縮包的形式發(fā)送。用戶可根據(jù)需要選擇精密單點定位或者整網(wǎng)解算(需要輸入固定站)，最后輸入用戶郵箱地址，數(shù)據(jù)提交完畢后即可關閉網(wǎng)頁，數(shù)據(jù)提交到結(jié)果接收的時間長短同提交的數(shù)據(jù)量、網(wǎng)絡及系統(tǒng)的繁忙程度有關。圖1為高精度GPS數(shù)據(jù)在線處理的頁面。

圖1 系統(tǒng)界面

2.文件準備及數(shù)據(jù)處理

服務器接收到數(shù)據(jù)后，首先對提交內(nèi)容的完整性進行檢查;然后進行文件的準備，包括觀測文件預處理、接收機類型檢查(程序?qū)⒆詣釉黾有碌慕邮諜C類型)、IGS產(chǎn)品的準備，根據(jù)觀測文件，系統(tǒng)自動下載數(shù)據(jù)處理時所需要的IGS產(chǎn)品;最后系統(tǒng)會根據(jù)提交的內(nèi)容進行數(shù)據(jù)處理。精密單點定位時無需任何固定站，要想獲得更好精度的結(jié)果，需同時選擇網(wǎng)頁中精密單點定位和整網(wǎng)解算兩個選項，此時精密單點定位為網(wǎng)解提供初始坐標信息。表1為數(shù)據(jù)解算時所用的策略與模型。

表1 系統(tǒng)解算時采用的主要策略與模型

3.發(fā)送處理結(jié)果

系統(tǒng)通過用戶給定的郵箱，發(fā)送數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，結(jié)果包括各站的坐標(X、Y、Z 或 N、E、U)、坐標的精度信息和對流層參數(shù)等。圖2為該系統(tǒng)結(jié)構設計的流程圖。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構設計流程

三、系統(tǒng)實現(xiàn)

該系統(tǒng)是基于Windows XP平臺開發(fā)的，利用Apache 2.2 Web作為服務器軟件，采用 HTML語言編寫了用戶提交數(shù)據(jù)的網(wǎng)頁，后臺數(shù)據(jù)處理軟件采用Bernese Software 5.0，后臺調(diào)用程序的開發(fā)使用Active Perl 5.14，筆者把Bernese自動處理模塊獨立出來，并將調(diào)用命令寫成Perl模塊。

1.服務器架設

利用Apache 2.2 Web解析Web程序，通過在Apache服務器中內(nèi)置mod_perl的Perl解釋器，Perl腳本就可以快速被執(zhí)行?？蛻舳私⑦B接后，通過網(wǎng)頁界面提交數(shù)據(jù)，Web服務器偵聽HTTP請求，CGI程序即可獲取請求并產(chǎn)生回復。圖3為Apache模塊功能分層。

圖3 Apache模塊功能分層圖

2.GPS數(shù)據(jù)的自動解算

筆者編寫了IGS產(chǎn)品自動更新模塊(數(shù)據(jù)自動下載模塊)、接收機類型和用戶提交內(nèi)容完整性檢查模塊、精密單點定位模塊、整網(wǎng)解算模塊、郵件發(fā)送模塊及后臺程序運行監(jiān)測等30多個模塊。圖4為系統(tǒng)的主要核心模塊及其功能。

圖4 主要核心模塊及其功能

該系統(tǒng)可處理近百個站的數(shù)據(jù)，用戶只需將標準的RINEX觀測文件壓縮打包提交即可。整網(wǎng)解算時需要用戶指定固定站的站名，因此固定站的觀測文件應同其他站的觀測文件一同提交給服務器。

四、系統(tǒng)可靠性驗證及其在CORS中的應用

為了驗證該系統(tǒng)的可靠性，將系統(tǒng)解算的結(jié)果同國外其他在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解算的結(jié)果進行比較分析，考慮到坐標框架不一致或坐標轉(zhuǎn)換給系統(tǒng)可靠性驗證帶來的影響，利用GAMIT軟件得到的基線結(jié)果同該系統(tǒng)解算的基線結(jié)果進行對比，并分析系統(tǒng)基線解算的精度;同時介紹了該系統(tǒng)在連續(xù)運行參考系統(tǒng)中的應用。

1.同其他系統(tǒng)解算結(jié)果比較

本文數(shù)據(jù)采取7個IGS站6天的觀測數(shù)據(jù)(2011年12月26—31日)，采樣率為30 s，觀測時段為24 h。將該系統(tǒng)精密單點定位解算的結(jié)果同GAPS和CSRS-PPP進行比較，整網(wǎng)解算的結(jié)果同SCOUT和AUSPOS進行比較，解算時采用相同的IGS產(chǎn)品，坐標均統(tǒng)一在ITRF2008框架下，固定站的選取盡量保持一致。該系統(tǒng)同其他在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解算結(jié)果的差異情況 (觀測時間為2011年12月31日)見表2。系統(tǒng)解算的精度情況如圖5所示。

表2 高精度GPS數(shù)據(jù)在線處理系統(tǒng)同其他在線處理系統(tǒng)解算的坐標差異

從表2中可以看出，該系統(tǒng)進行精密單點定位和整網(wǎng)解算時，同其他系統(tǒng)解算的坐標分量最大的差異分別為17.3 mm(站 ONSA)和－9.4 mm(站BRUS)，考慮到各系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理時采用的解算策略并不一致，固定站的選取也不完全一致以及坐標轉(zhuǎn)換時對結(jié)果的影響等因素，可認為該系統(tǒng)解算的結(jié)果同國外幾個主要在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解算的結(jié)果基本一致。從圖5可以看出，系統(tǒng)對所選數(shù)據(jù)進行精密單點定位解算時，X、Y、Z方向的RMS值分別在1.1 mm、0.8 mm、1.1 mm 左右;網(wǎng)解時 X、Y、Z方向的 RMS 值分別在 0.8 mm、0.3 mm、0.8 mm左右。

圖5 系統(tǒng)精密單點定位和網(wǎng)解的解算精度

2.系統(tǒng)解算的基線結(jié)果分析

為了消除坐標框架對可靠性驗證的影響，筆者仍采用上述數(shù)據(jù)，利用GAMIT軟件進行基線解算，共21條基線，以6天的基線綜合解作為各條基線的真值，同該系統(tǒng)解算的基線結(jié)果進行比較并分析其精度。圖6、圖7分別為系統(tǒng)解算所得基線的內(nèi)、外符合精度。從圖6、圖7可以看出，系統(tǒng)的內(nèi)符合精度優(yōu)于1.2 mm，外符合精度優(yōu)于6 mm。

圖6 內(nèi)符合精度

圖7 外符合精度

3.系統(tǒng)在CORS中的應用

湖北省連續(xù)運行參考系統(tǒng)(HBCORS)由湖北省測繪局、省氣象局、省地震局合作共建，省測繪工程院組織系統(tǒng)基建工程和聯(lián)測。目前HBCORS共有80多個參考站。筆者利用該系統(tǒng)對HBCORS 80個參考站(時間為2010年10月11日)進行了精密單點定位，并選取SHAO(上海)、XIAN(西安)、WHUN(武漢)為固定站對各參考站進行整網(wǎng)解算，各站坐標分量的RMS值在1～2 mm左右，解算過程中，系統(tǒng)運行良好。表3為解算結(jié)果的統(tǒng)計信息。

表3 HBCORS解算結(jié)果統(tǒng)計

五、結(jié)束語

本文以Bernese Software 5.0作為系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)處理軟件，開發(fā)了高精度GPS數(shù)據(jù)在線處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可進行精密單點定位、整網(wǎng)解算，同國外幾個主要在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相比，增加了可處理的測站數(shù)量，并且可進行批處理。為了驗證該系統(tǒng)可靠性，將系統(tǒng)解算的結(jié)果同國外其他在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解算的結(jié)果進行了比較，最后給出了利用該系統(tǒng)得到HBCORS 80個參考站解算的統(tǒng)計結(jié)果。隨著各省CORS網(wǎng)的建立與完善，數(shù)據(jù)處理量也在不斷增大，但國內(nèi)仍然沒有一套成熟的在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。筆者開發(fā)的高精度GPS數(shù)據(jù)在線處理系統(tǒng)為連續(xù)運行參考系統(tǒng)提供了較為方便的數(shù)據(jù)處理平臺，同時也有利于國內(nèi)在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研究與應用。

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