高精度GPS数据在线处理系统的研究

叶虎春，聂桂根，杨建会，孙传胜

(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)

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

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

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。

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

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。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。

［1］DAWSONL J.The AUSLIG Online GPS Processing System(AUSPOS)［EB/OL］.［2012-09-11］.http：∥www.ga.gov.au/image_cache/GA5057.pdf.2004.

［2］TSAKIRI M.GPS Processing Using Online Services［J］.Journal of Surveying Engineering，2008，134(4)：115-125.

［3］Natural Resources Canada.Online Database(CSRSOnline Database) ［EB/OL］.［2011-03-20］.http：∥www.geod.nrcan.gc.ca/online_data_e.php.

［4］LEANDRO R F，SANTOS M C，LANGLEY R B.GAPS：The GPSAnalysis and Positioning Software-A Brief Overview［C］∥ION GNSS2Oth International Technical Meeting of the Satellite Division.Fort Worth，TX：［s.n.］，2007.

［5］张彩虹，聂桂根，熊熊，等.基于Internet的数据自动处理系统的研究［J］.测绘通报，2006(8)：26-28.

［6］徐莹，聂桂根，吕乔森.GNSS在线数据处理系统的比较与分析［J］.测绘通报，2010(12)：30-33.

［7］DACH R，HUGENTOBLER U，FRIDEZP，et al.Bernese GPS Software ［M］.Berne：Astronomical Institute，University of Bern，2007.

［8］赵齐乐，楼益栋.基于Web的GNSS数据精密分析与服务［J］.武汉大学学报：信息科学版，2009，34(11)：1359-1362.

［9］ARVA A，ELLIS J，CORLISS A，et al.Professional Perl Development［M］.［S.l.］：Wrox Press，2001.

［10］SPARLING D，WILES F.Instant Perl Modules［M］.［S.l.］：McGraw-Hill Inc，2001.