TBC与GAMIT进行CORS站基线解算的精度分析<br/>——以广州CORS基准站数据处理为例

TBC与GAMIT进行CORS站基线解算的精度分析
——以广州CORS基准站数据处理为例

2014-06-24翁益志

城市勘测 2014年4期

关键词：数据处理基线基准

翁益志

(广州市南沙区房地产测绘及估价管理所,广东广州 510000)

TBC与GAMIT进行CORS站基线解算的精度分析
——以广州CORS基准站数据处理为例

翁益志∗

(广州市南沙区房地产测绘及估价管理所,广东广州 510000)

CORS系统作为地理空间框架的重要基础设施之一,其稳定性是确保系统正常运行的关键。根据《卫星定位城市测量技术规范》的要求,需定期对CORS网进行解算。本文以广州CORS网为例,采用天宝TBC软件和美国GAMIT软件对CORS站GPS静态数据进行处理,采用不同的解算模式,讨论两款GPS处理软件在基线解算结果方面的差异,得到一些有益的结论。

CORS;GAMIT;TBC;分析;基线解算

1 引言

CORS系统作为地理空间框架的重要基础设施之一,需向用户提供精确的三维定位服务。CORS网自身的稳定性是确保系统正常运行的关键。根据《卫星定位城市测量技术规范》的要求,需要定期对CORS网进行解算,解算周期不应超过一年。并且CORS站坐标的变化量应符合规范要求,变化超限的基准站坐标需要进行纠正。

本文以广州CORS网为例,采用天宝TBC软件和美国GAMIT软件对CORS网GPS静态数据进行处理,采用不同的解算模式,讨论两款GPS处理软件在基线解算结果方面的差异。

2 软件的介绍

2.1 TBC软件介绍及基线处理流程

TBC(Trimble Business Center)是美国Trimble公司的新一代测量内业软件,是在TGO软件的基础上,增加了全站仪、水准仪、3D扫描仪等数据处理模块,非常适合于GPS测量数据的后处理。该软件支持来自各种GPS接收机的测量数据类型。

TBC具有GPS基线处理、测量网平差、处理GPS和常规地形测量数据、质量保障和质量控制(QA/ QC)、道路设计数据上下装载、测量数据的上下装载、生成DTM模型和等高线图、坐标系转换和投影、GIS数据采集和传输、属性特征码、生成项目报告、测量项目的管理和维护等功能。其基线处理的流程可简单分为建立项目,装载数据和处理基线等几个主要步骤。

(1)TBC是基于项目的,工程开始首先建立一个新的项目,在建立项目的同时,设定项目的根目录、天线类型、天线高测量方法、接收机类型、时区等。

(2)将GPS接收机观测的数据或Rinex数据装入当前项目数据库中。

(3)进行基线处理。在基线处理之前,可以对点名、位置、天线高、卫星号、时段长等参数进行编辑修改,若基线处理结果满意,即可存盘;否则,需利用高级控制功能重新处理这些基线,直到满意为止。

衡量基线处理结果好坏的两个量是Ratio和Reference Variance。通常Ratio应在1.5以上,且越大越好,而Reference Variance应在1左右,且越小越好,最好这两个量联系起来考虑。若Ratio很小,而Reference Variance较大,就应考虑使用高级控制重新处理相应基线。

2.2 GAMIT介绍及基线处理流程

GAMIT是由美国麻省理工学院(MIT)、美国加利福尼亚大学SCRIPPS的海洋研究所等研制的用于大地测量目的的GPS科研分析软件,一般运行在linux操作系统上,它可以使用GPS载波相位和伪距观测值来估计地面测站的三维坐标、大气延迟、地球定向参数和卫星轨道。

GAMIT主要由6个模块组成,ARC为轨道积分,对卫星运动方程进行数值积分来确定卫星轨道;MODEL为组成观测方程;AUTCLN自动修复周跳,包括SINCLN(单站自动修复周跳)和DBLCLN(双差自动修复周跳);CFMRG是写一个观测方式文件(M-file),定义观测值组合方式;SOLVE是利用双差观测按最小二乘法求解各参数;CVIEW是在可视图形下交互编辑从C-file中获得的残差。

GAMIT处理RINEX标准格式的观测文件o-file,整个数据处理工作分两步,先编辑数据,得到干净的观测文件x-file,再用x-file进行各种处理方案的参数估计。其主要的流程可以总结为先进行数据准备,将数据准备成GAMIT可以利用的数据,然后依次输入命令,就可以得到相应的解算结果。

3 广州CORS网的基线解算及比较分析

广州市CORS系统由8个基准站组成如图1所示,覆盖广州市7 000多平方千米行政区域。基准站的平均间距为40 km,最小间距为24 km,最大间距为89 km。结合CORS的运行情况,分别使用了商业软件TBC和科研软件GAMIT进行基线解算并比较分析。

图1 广州CORS网图

3.1 GAMIT软件不同观测时间长度数据解算结果比较

选取了2013年6月1日的GZCORS基准站数据(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和昆明、武汉、上海、北京4个IGS站一起解算,采样间隔为30 s。原始数据都是从GPS时间00: 00:00～23:59:30。通过使用TEQC软件把原始观测数据截取为2 h、4 h、8 h、16 h和24 h的数据,分别使用GAMIT软件进行解算。

解算结果好坏与否要看Q文件,一条指标是:标准化的均方根误差(nrms),也就是chi-square2χ平方根的自由度,一般越小越好。如果出现大于0.5的情况,就意味着周跳没有消除,需要重新解算。

表1 不同观测时间长度基线结果文件均方根误差情况

表1为不同时段解算结果,表明16 h和24 h解算结果较好也很吻合。

另外以24 h解算的基线为参考对解算基线进行了比较。结果如表2所示:

表2 不同时间长度基线文件结果比较情况

结果表明,基线解算结果与处理数据的观测时间长短有关,观测时间越长解算结果越好。

3.2 GAMIT解算CORS基站不同观测时间数据解算结果比较

选取了2013年6月2日(年积日为153)和2013年6月4日两天(年积日为155)的GZCORS基准站数据(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和kunm、wuhn、shao、bjfs四个IGS站一起解算,采样间隔为30 s。

最短基线:五山站(WUSH)到永和站(YONG),最长基线:北京房山(BJFS)到昆明站(kunm)。具体情况如表3所示:

表3 基线长度情况

表4 基线分布情况

通过使用GAMIT软件解算基线后,得到基线文件O文件(ogzkca.153和ogzkca.155),然后使用SWS FOR GPSAdj软件(将gamit软件计算的基线转换成徕卡格式的基线文件)读入O文件,可以导出ASC后缀名的Leica基线文件。再导入到同济平差软件(TGGPS)中可以进行平差计算。平差中固定五山站的空间直角坐标,进行三维无约束平差,得到其他各点的空间直角坐标。然后对两天的平差结果进行比较。结果如表5所示:

表明GAMIT处理数据多天不同的数据,稳定性好,基线重复性高。

表5 两天观测数据平差结果比较表

3.3 GAMIT与TBC解算结果比较

选取了2013年6月1日的GZCORS基准站数据(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和kunm、wuhn、shao、bjfs四个IGS站一起解算,采样间隔为30 s。使用GAMIT软件和TBC软件解算得到的基线比较,可得到如表6所示:

表6 GAMIT和TBC软件解算得到的基线比较

然后利用同济平差软件(TGGPS)进行网平差计算,平差中固定五山站(WUSH)的空间直角坐标,进行三维无约束平差,得到其他各点的空间直角坐标。以GAMIT解算结果为参考,比较两种软件计算的空间直角坐标。结果如表7所示:

表明TBC软件与GAMIT软件解算的基线结果差异较大,导致平差后部分点位坐标有较大差值。说明TBC软件在处理CORS基准站长基线数据时无法获得较高精度的双差固定解结果,因此,在处理基于GZCORS的长基线精密数据处理工作时需要使用到GAMIT等精密处理软件。

4 小结

TBC软件运行在Windows环境下,其基线解算相对简单一些,且解算出来的结果可以直接在平差软件中进行读取,而GAMIT由于其结构的复杂性,主要运行在Linux系统下,需要准备的文件很多,在解算过程中有时严格按照步骤操作也会遇到许多问题。

通过基线解算结果可以发现,对于中短基线,采用TBC和GAMIT两套软件解算均可达到理想的成果。对于CORS网中的较长的基线,科研软件GAMIT模型严密,能得到较高精度结果;TBC软件在满足工程精度要求的基础上,更注重软件在具体应用中的实用性和高效性。GAMIT软件源代码的开放性更有利于软件的完善和改进,软件本身也更具有借鉴和研究价值。

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TBC and GAMIT CORS Baseline Solution Precision is Analyzed——GZCORS Reference Station Data Processing

Weng Yizhi
(Guangzhou Nansha Real estate surveying and evaluation management institute,Guangzhou 510000,China)

CORS system is one of the important infrastructure of geo-spatial framework,its stability is the key to ensure the normal operation of the system.According to“Technical code for urban surveying using satellite positioning system”requirements,the need for regular CORS network solution.Based on the Guangzhou CORS network as an example,for processing GPS static data on CORS station using TBC software and GAMIT software USA Trimble,the numerical solutions are different, the two GPS processing software solution results in the base line differences,some useful conclusions are obtained.

CORS;GAMIT;TBC;analysis;baseline solution