CORS参考站数据自动化处理程序设计

郭际明，周大山，高奋生，胡玉祥

(1.武汉大学测绘学院，湖北武汉430079;2.南京市城市规划编制研究中心，江苏南京210029)

一、引 言

基于多基站网络RTK技术建立的连续运行参考站(continuous operational reference system，CORS)系统已成为GNSS技术的热点应用，是构建地理空间框架的重要基础设施之一［1］。对CORS参考站进行全天候监测，及时获取参考站的稳定性信息对于维持 CORS系统正常运行具有重大意义［2］。GAMIT/GLOBK被认为是目前最优秀的GPS数据处理软件之一，在工程应用中，通常选择GAMIT/GLOBK对CORS参考站数据进行处理分析［3-5］，然而当前的处理方式多为定期、手动解算，然后对异常参考站坐标进行更新。这种方式不仅不能及时发现参考站坐标异常以对其进行更新，而且处理效率低下，不利于CORS的有效运营和管理。

针对这种情况，本文提出一种基于 GAMIT/GLOBK的参考站数据自动化处理方案，该方案可实现在无人值守情况下自动、稳定运行。该方案通过FTP/Socket等方式进行数据共享，求解高精度的基线信息和点位序列并进行规范存储，在此基础上对参考站进行稳定分析，及时获取异常信息并进行准确预警，极大地提高了CORS系统的运行效率。

二、CORS参考站数据自动化处理系统

CORS参考站数据自动化处理系统包括CORS系统、数据共享链路、中央处理器和数据分析预警4个主要部分。其中，CORS系统提供参考站的基础观测数据;数据共享链路实现CORS系统与中央处理器的信息交互，并按照一定规则存储数据;中央处理器是数据处理的核心，通过设置合理的GAMIT/GLOBK解算策略，定时进行数据处理，得到参考站点位序列变化结果，并按一定数据结构保存，以便对基准站进行长期稳定性分析;数据分析与预警模块则通过一定算法，判断参考站坐标是否发生异常变化并及时进行预警。下文主要对数据共享与传输、中央处理模块等关键技术进行介绍。

1.数据共享与传输

该方案通过FTP、Socket等方式实现参考站观测数据的共享。Socket是因特网应用层与传输协议族通信的中间软件抽象层，得到CORS系统和中央处理器的IP地址和端口号，就可建立相应的Socket接口，实现数据从CORS系统到中央处理器的双向传输。程序需要定时检查是否有新的观测值文件生成，并将新的观测值文件通过Socket发送给中央处理器用于后续处理。为便于程序实现对数据的快速访问，需对数据进行规范化存储。该方案将参考站观测值文件按照年-月-日-测站的方式进行存储。

2.中央处理模块

中央数据处理模块运行在Ubuntu系统中，采用Shell编程语言Bash编写而成［6-7］。该程序集合了主控程序、基线处理、网平差、数据保存等功能，除自动生成解算必需的文件如lfile.、station.info等外，还能自动对tables表进行更新，处理流程如图1所示。

数据处理模块每天定时进行主控程序main.sh，对于数据丢失或系统异常导致的数据中断有严格控制和记录，并通过fix.sh进行修复。星历采用发布速度最快的IGU精密星历，因此中央处理模块实际处理的是前一天数据。

图1 中央处理模块流程

GAMIT提供的批处理脚本程序sh_gamit目录繁杂且无法进行多时段数据处理［6］。通过自行基线处理程序可自动搜索处理文件并对其格式进行规范，建立更加简洁的目录，而且能够处理多时段数据，具有更好的系统适配性。

网平差程序以基线结果作为输入，调用GLOBK集成命令，采用卡尔曼滤波进行平差，根据不同要求获得单时段解或多时段解［8］。单时段解精度较低，但由于时段跨度短，有利于探测参考站坐标异常;多时段解同时输入多个时段基线信息进行联合平差，处理结果具有更高的精度和可靠性。对平差结果进行规范化保存，方便后续进行稳定性分析，发现坐标变化异常点，从而对异常点进行预警。

三、算例分析

南京市连续运行基准站综合服务系统(NJCORS)采用Trimble VRS技术，包含覆盖南京市域范围内的9个参准站［9］。基于本文提出的处理方案对NJCORS全部9个参考站2014年2月的观测数据进行处理分析(其中年积日第57天的数据观测值不完整未参与统计分析)。采用最新版本的GAMIT 10.5处理GPS基线，平差选择参考站CJDA作为固定点。

1.基线质量评估

GPS基线解算的精度直接影响参考站坐标的最终解算结果，为综合评价GPS基线的解算质量，从NRMS值、基线重复性、基线解算中误差等方面进行评价与分析［7］。

(1)NRMS值

标准化均方根误差(normalized root mean square，NRMS)是衡量GAMIT软件基线结算的重要指标［3］。一个月基线处理的NRMS值如图2所示。根据国内外GPS数据处理经验，一般认为NRMS值在 0.12～0.5 之间合理，最优值约为 0.2［5］，据此标准，可认为该程序基线向量解算结果处于合理区间。

图2 基线NRMS值统计

(2)基线重复性检验

基线重复性是衡量基线精度的重要指标［10］。将36条基线按27个时段进行重复性分析，在北、东、高3个方向分量的相对重复性检验结果如图3所示。从图中可看出，各时段基线重复性良好，其中，北方向的平均值为1.5 mm，最大值在35号基线，为2.3 mm;东方向平均值为1.8 mm，最大值在17号基线，为3.5 mm;高程方向平均值为5.5 mm，最大值在19号基线，为14.0 mm。

图3 基线重复性统计

(3)基线解算中误差

为了分析基线解算的精度情况，对GAMIT解算的27个时段的所有基线向量的各个方向的分量作数值分析。统计结果如图4所示。

图4 基线解算中误差统计图

可以看出，基线解算中误差水平方向的最大值为 5.34 mm，最小值为 1.69 mm，平均值为 2.90 mm;垂直方向最大值为 7.61 mm，最小值为 4.04 mm，平均值为5.60 mm。由于基线平均长为69 km，因此相对中误差达到10-8量级，这说明基线解算精度较高。

综上所述，通过以NRMS值、基线重复性和基线解算中误差作为评价标准，对基线解算结果进行质量评估及分析，结果表明，通过数据自动化处理系统得到的基线解算结果精度较高，是有效的。

2.网平差精度评估

将参考站CJDA作为固定点，进行三维无约束平差，得到所有参考站在WGS-84坐标系下的坐标信息。GPS网平差的输入文件为基线结果文件h文件，可向GLOBK中输入一个或多个时段的文件进行平差。试验选择24 h为一个时段进行单时段平差，表1为9个测站一天的点位坐标的中误差。

表1 CORS站坐标中误差 mm

从表1可以看出，各个方向的坐标中误差在2～4 mm左右，精度较高。测站JNDY和LHBB一个月的3个方向X、Y、Z时间序列图如图5、图6所示。可看到时间序列图总体趋势项不明显，可认定该段时间内这两个参考站的稳定性状况优良。

图5 JNDY三方向时间序列图

图6 LHBB三方向时间序列图

四、结束语

本文提出的方案能够很好地对CORS参考站的数据进行自动处理，对后续的数据分析、预警功能提供了便利，相比于传统的数据处理方式，提高了CORS数据的处理效率。从数据处理结果来看，该方案能够得到高精度的基线处理成果和稳定可靠的点位时间序列，具有较好的工程应用和推广价值。

［1］汪伟，史廷玉，张志全.CORS系统的应用发展及展望［J］.城市勘测，2010(3):45-48.

［2］蒋志浩，张鹏，李志才，等.我国GPS跟踪站在汶川地震前后的运动特征分析［J］.全球定位系统，2008(5):6-10.

［3］郭际明，周命端，吴迪军，等.高精度GPS大型桥梁工程控制网数据处理与质量评估方法研究［J］.测绘通报，2012(2):18-22.

［4］ZHOU Mingduan，GUO Jiming，GUO Qiuyun，et al.Research of Baseline Solution Batch Processing Algorithm for High Precision GPS Network with Massive Data［C］∥2011 Intenational Conference on Remote Sensing，Environmentand Transportation Engineering.Nanjing:［s.n.］，2011

［5］HERRING T A，KING R W，MCCLUSKY S C.GAMIT Reference Manual:GPS Analysis at MIT Release 10.4［EB/OL］.［2012-01-03］.http:∥www-gpsg.mit.edu/～simon/gtgk/GAMIT_Ref.pdf.

［6］王超，郭际明，周命端，等.高精度GPS数据处理中GAMIT批处理方法与实现［J］.测绘信息与工程，2012(2):10-12.

［7］孟庆昌，牛欣源，Linux教程［M］.2版.北京:电子工业出版社，2007.

［8］HERRING T A，KING R W，MCCLUSKY S C.GLOBK Refefence Manual:Global Kalman Filter VLBI and GPS Analysis Program Release 10.4［EB/OL］.［2012-01-03］.http:∥www-gpsg.mit.edu/～ simon/gtgk/GLOBK_Ref.pdf.

［9］高奋生，王芙蓉，周亮，等.面向用户对象的CORS运维服务综合体系［J］.测绘科学，2012，37(7):80-84.

［10］刘经南，葛茂荣.’92中国GPS会展(A级网)数据处理分析［J］.武汉测绘科技大学，1995，20(1):40-45.