郭際明，周大山，高奮生，胡玉祥

(1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北武漢430079;2.南京市城市規(guī)劃編制研究中心，江蘇南京210029)

一、引 言

基于多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運行參考站(continuous operational reference system，CORS)系統(tǒng)已成為GNSS技術(shù)的熱點應(yīng)用，是構(gòu)建地理空間框架的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一［1］。對CORS參考站進行全天候監(jiān)測，及時獲取參考站的穩(wěn)定性信息對于維持 CORS系統(tǒng)正常運行具有重大意義［2］。GAMIT/GLOBK被認為是目前最優(yōu)秀的GPS數(shù)據(jù)處理軟件之一，在工程應(yīng)用中，通常選擇GAMIT/GLOBK對CORS參考站數(shù)據(jù)進行處理分析［3-5］，然而當(dāng)前的處理方式多為定期、手動解算，然后對異常參考站坐標進行更新。這種方式不僅不能及時發(fā)現(xiàn)參考站坐標異常以對其進行更新，而且處理效率低下，不利于CORS的有效運營和管理。

針對這種情況，本文提出一種基于 GAMIT/GLOBK的參考站數(shù)據(jù)自動化處理方案，該方案可實現(xiàn)在無人值守情況下自動、穩(wěn)定運行。該方案通過FTP/Socket等方式進行數(shù)據(jù)共享，求解高精度的基線信息和點位序列并進行規(guī)范存儲，在此基礎(chǔ)上對參考站進行穩(wěn)定分析，及時獲取異常信息并進行準確預(yù)警，極大地提高了CORS系統(tǒng)的運行效率。

二、CORS參考站數(shù)據(jù)自動化處理系統(tǒng)

CORS參考站數(shù)據(jù)自動化處理系統(tǒng)包括CORS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享鏈路、中央處理器和數(shù)據(jù)分析預(yù)警4個主要部分。其中，CORS系統(tǒng)提供參考站的基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)共享鏈路實現(xiàn)CORS系統(tǒng)與中央處理器的信息交互，并按照一定規(guī)則存儲數(shù)據(jù);中央處理器是數(shù)據(jù)處理的核心，通過設(shè)置合理的GAMIT/GLOBK解算策略，定時進行數(shù)據(jù)處理，得到參考站點位序列變化結(jié)果，并按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存，以便對基準站進行長期穩(wěn)定性分析;數(shù)據(jù)分析與預(yù)警模塊則通過一定算法，判斷參考站坐標是否發(fā)生異常變化并及時進行預(yù)警。下文主要對數(shù)據(jù)共享與傳輸、中央處理模塊等關(guān)鍵技術(shù)進行介紹。

1.數(shù)據(jù)共享與傳輸

該方案通過FTP、Socket等方式實現(xiàn)參考站觀測數(shù)據(jù)的共享。Socket是因特網(wǎng)應(yīng)用層與傳輸協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，得到CORS系統(tǒng)和中央處理器的IP地址和端口號，就可建立相應(yīng)的Socket接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)從CORS系統(tǒng)到中央處理器的雙向傳輸。程序需要定時檢查是否有新的觀測值文件生成，并將新的觀測值文件通過Socket發(fā)送給中央處理器用于后續(xù)處理。為便于程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速訪問，需對數(shù)據(jù)進行規(guī)范化存儲。該方案將參考站觀測值文件按照年-月-日-測站的方式進行存儲。

2.中央處理模塊

中央數(shù)據(jù)處理模塊運行在Ubuntu系統(tǒng)中，采用Shell編程語言Bash編寫而成［6-7］。該程序集合了主控程序、基線處理、網(wǎng)平差、數(shù)據(jù)保存等功能，除自動生成解算必需的文件如lfile.、station.info等外，還能自動對tables表進行更新，處理流程如圖1所示。

數(shù)據(jù)處理模塊每天定時進行主控程序main.sh，對于數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)異常導(dǎo)致的數(shù)據(jù)中斷有嚴格控制和記錄，并通過fix.sh進行修復(fù)。星歷采用發(fā)布速度最快的IGU精密星歷，因此中央處理模塊實際處理的是前一天數(shù)據(jù)。

圖1 中央處理模塊流程

GAMIT提供的批處理腳本程序sh_gamit目錄繁雜且無法進行多時段數(shù)據(jù)處理［6］。通過自行基線處理程序可自動搜索處理文件并對其格式進行規(guī)范，建立更加簡潔的目錄，而且能夠處理多時段數(shù)據(jù)，具有更好的系統(tǒng)適配性。

網(wǎng)平差程序以基線結(jié)果作為輸入，調(diào)用GLOBK集成命令，采用卡爾曼濾波進行平差，根據(jù)不同要求獲得單時段解或多時段解［8］。單時段解精度較低，但由于時段跨度短，有利于探測參考站坐標異常;多時段解同時輸入多個時段基線信息進行聯(lián)合平差，處理結(jié)果具有更高的精度和可靠性。對平差結(jié)果進行規(guī)范化保存，方便后續(xù)進行穩(wěn)定性分析，發(fā)現(xiàn)坐標變化異常點，從而對異常點進行預(yù)警。

三、算例分析

南京市連續(xù)運行基準站綜合服務(wù)系統(tǒng)(NJCORS)采用Trimble VRS技術(shù)，包含覆蓋南京市域范圍內(nèi)的9個參準站［9］?；诒疚奶岢龅奶幚矸桨笇JCORS全部9個參考站2014年2月的觀測數(shù)據(jù)進行處理分析(其中年積日第57天的數(shù)據(jù)觀測值不完整未參與統(tǒng)計分析)。采用最新版本的GAMIT 10.5處理GPS基線，平差選擇參考站CJDA作為固定點。

1.基線質(zhì)量評估

GPS基線解算的精度直接影響參考站坐標的最終解算結(jié)果，為綜合評價GPS基線的解算質(zhì)量，從NRMS值、基線重復(fù)性、基線解算中誤差等方面進行評價與分析［7］。

(1)NRMS值

標準化均方根誤差(normalized root mean square，NRMS)是衡量GAMIT軟件基線結(jié)算的重要指標［3］。一個月基線處理的NRMS值如圖2所示。根據(jù)國內(nèi)外GPS數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗，一般認為NRMS值在 0.12～0.5 之間合理，最優(yōu)值約為 0.2［5］，據(jù)此標準，可認為該程序基線向量解算結(jié)果處于合理區(qū)間。

圖2 基線NRMS值統(tǒng)計

(2)基線重復(fù)性檢驗

基線重復(fù)性是衡量基線精度的重要指標［10］。將36條基線按27個時段進行重復(fù)性分析，在北、東、高3個方向分量的相對重復(fù)性檢驗結(jié)果如圖3所示。從圖中可看出，各時段基線重復(fù)性良好，其中，北方向的平均值為1.5 mm，最大值在35號基線，為2.3 mm;東方向平均值為1.8 mm，最大值在17號基線，為3.5 mm;高程方向平均值為5.5 mm，最大值在19號基線，為14.0 mm。

圖3 基線重復(fù)性統(tǒng)計

(3)基線解算中誤差

為了分析基線解算的精度情況，對GAMIT解算的27個時段的所有基線向量的各個方向的分量作數(shù)值分析。統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。

圖4 基線解算中誤差統(tǒng)計圖

可以看出，基線解算中誤差水平方向的最大值為 5.34 mm，最小值為 1.69 mm，平均值為 2.90 mm;垂直方向最大值為 7.61 mm，最小值為 4.04 mm，平均值為5.60 mm。由于基線平均長為69 km，因此相對中誤差達到10-8量級，這說明基線解算精度較高。

綜上所述，通過以NRMS值、基線重復(fù)性和基線解算中誤差作為評價標準，對基線解算結(jié)果進行質(zhì)量評估及分析，結(jié)果表明，通過數(shù)據(jù)自動化處理系統(tǒng)得到的基線解算結(jié)果精度較高，是有效的。

2.網(wǎng)平差精度評估

將參考站CJDA作為固定點，進行三維無約束平差，得到所有參考站在WGS-84坐標系下的坐標信息。GPS網(wǎng)平差的輸入文件為基線結(jié)果文件h文件，可向GLOBK中輸入一個或多個時段的文件進行平差。試驗選擇24 h為一個時段進行單時段平差，表1為9個測站一天的點位坐標的中誤差。

表1 CORS站坐標中誤差 mm

從表1可以看出，各個方向的坐標中誤差在2～4 mm左右，精度較高。測站JNDY和LHBB一個月的3個方向X、Y、Z時間序列圖如圖5、圖6所示?？煽吹綍r間序列圖總體趨勢項不明顯，可認定該段時間內(nèi)這兩個參考站的穩(wěn)定性狀況優(yōu)良。

圖5 JNDY三方向時間序列圖

圖6 LHBB三方向時間序列圖

四、結(jié)束語

本文提出的方案能夠很好地對CORS參考站的數(shù)據(jù)進行自動處理，對后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、預(yù)警功能提供了便利，相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式，提高了CORS數(shù)據(jù)的處理效率。從數(shù)據(jù)處理結(jié)果來看，該方案能夠得到高精度的基線處理成果和穩(wěn)定可靠的點位時間序列，具有較好的工程應(yīng)用和推廣價值。

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