区域CORS数据自动处理系统

姜英明，郭金运，高士民，杜珺，刘智敏

(1.山东科技大学 测绘科学与工程学院，青岛 266590；2.山东省国土测绘院，济南 250102)



区域CORS数据自动处理系统

姜英明1，郭金运1，高士民2，杜珺1，刘智敏1

(1.山东科技大学 测绘科学与工程学院，青岛 266590；2.山东省国土测绘院，济南 250102)

采用GAMIT/GLOBK软件结合MySQL关系数据库管理系统，使用C/S架构模式开发一套区域CORS数据自动处理系统，实现对区域CORS数据的自动化数据管理和自动基线解算、自动网平差处理。通过对山东CORS的数据进行处理，测试结果显示，其基线解算的NRMS值优于0.188，基线重复性优于0.012 m，坐标解算结果与Bernese解算结果互差在0.013 m内，验证了数据处理的精度及可靠性。

CORS自动解算；GAMIT/GLOBK；数据库应用；CORS数据管理;GPS数据处理

0 引 言

连续运行参考站系统(CORS)使用差分的方法为用户提供服务，可以在提供厘米级的定位精度的同时将测量的时间大大缩短，因此在全国范围内得到了广泛的发展和应用[1-3]。

随着全国范围内CORS系统的广泛建立，如何快速及时地对参考站的观测数据进行处理已成为亟需解决的实际问题。目前的CORS数据处理大多采用GAMIT/GLOBK软件或Bernese软件由人工操作进行，技术难度大，无法实现对CORS数据的及时解算。

对区域CORS数据自动化处理系统的研究，目前国内还较少且主要采用Bernese软件进行研制。武汉大学GNSS中心曾基于Bernese软件研发了GPS数据自动处理系统Auto-Bernese[4]。西南交通大学曾研发了基于Bernese 4.2的全球定位系统数据处理软件并成功实现了数据准备、基线解算及网平差处理和坐标转换等功能[5]。而针对GAMIT/GLOBK的GPS数据自动处理系统的研发还较少，国内仅郭际明等利用Shell脚本语言实现了一个较简陋的CORS数据自动解算系统[6-7]。但该系统只实现了GAMIT/GLOBK程序的定时解算，对数据及解算结果等的管理功能需要人工进行。

由于GAMIT/GLOBK软件运行在UNIX/类UNIX系统上且采用在终端输入操作命令的方式，对使用者的UNIX/类UNIX系统的熟悉程度提出了较高的要求。而且CORS系统的参考站具有全天候观测、数据量大、数据类型多等特点，比如一个站点的采样间隔为1 s的接收机观测一天数据就可达到170 MB以上。结合数据库技术可以实现对区域CORS数据的有效管理[8]。因此建立一个基于GAMIT/GLOBK软件和数据库技术的区域CORS数据自动处理系统，可以有效地提高数据的解算速度并能及时发现参考站的坐标异常，降低CORS数据处理技术难度，大大方便CORS系统的运维与应用。

本文提出一个基于关系数据库MySQL和高精度GNSS解算软件GAMIT/GLOBK的区域CORS数据自动处理系统，实现对参考站的接收机/天线类型、站点位置、所属单位和先验坐标等属性的管理，实现对参考站观测数据的自动处理及对参考站观测数据和解算结果的管理。

1 功能及实现

1.1 功能需求

为满足区域CORS数据自动化处理系统的使用需求，系统应具备以下功能：

1) 站点信息管理。实现CORS参考站站点信息的添加、编辑、删除等功能，相应的以站点为单位实现对参考站的接收机/天线类型、站点位置、站点照片和点之记、站点所属单位、站点类型等的管理功能。

2) 数据管理。以观测日期为单位实现对CORS站观测数据的导入、导出、删除功能，以统计表格的形式实现对站点观测数据完整性的查看功能。实现对数据解算所需的准备文件(广播星历、精密星历等)的导入、导出、删除等功能。

3) 准备文件自动下载。为实现系统在无人值守环境下的自动数据处理，需实现对数据解算过程中所需的准备文件的自动数据下载。

4) 用户管理。为保证CORS数据安全性与保密性，需要对各用户数据实行隔离存储。因此需实现用户管理功能，并为用户分配一定的角色权限，不同角色可使用不同的功能模块，且对不同的数据进行操作。

5) 数据处理。实现数据解算任务的自动和手动提交，系统在收到数据解算的任务后，调用GAMIT/GLOBK程序对相应数据进行基线解算和网平差，并在数据解算完成后将解算结果保存到数据库中供用户使用。

6) 辅助应用分析。对CORS参考站观测数据和数据处理结果进行后期分析，如数据观测质量的检核评定、站点稳定性分析、动态参考框架、可降水汽含量和总电子含量的分析利用等。

1.2 结构设计

为实现功能需求中所提出的各项功能，对系统进行结构设计。系统采用客户端/服务器模式(C/S)开发，系统由客户端程序、准备文件自动下载程序、数据解算任务自动提交程序、数据解算服务器端程序和MySQL数据管理系统组成。系统基于数据库管理系统和数据处理过程中所依赖的数据处理程序运行。系统使用C#语言和C Shell语言开发，在Windows操作系统，C#程序运行在微软 .NET运行环境之上，在Linux系统则运行在Mono“运行环境”之上。C#语言用于实现客户端、数据解算服务器端程序以及对数据库接口的调用，C Shell用于对GAMIT/GLOBK等数据处理程序的底层调用。整个系统的分层结构如图1所示。

图1 系统分层结构

1.3 数据库设计

根据结构设计对数据库系统所提出的要求，数据库管理系统的功能需求如下：

1) 系统初始化时创建一个管理员账户。

2) 管理员账户可以创建不同的角色，并对角色赋予不同的功能；管理员账户亦可以创建不同的用户，并为用户分配所属的角色。

3) 用户可以对参考站站点进行管理，如添加、删除、修改站点接收机和天线类型等，也可以查看数据库中保存的数据解算结果并对结果做适当后处理分析。

5) 用户可以对某一时段(以天为单位)的观测数据提交数据解算任务，也可以设置由自动解算程序在某一时刻定时向数据库提交某时段观测数据的解算任务，提交的任务保存在数据库的数据处理任务表中。

6) 数据解算服务器程序在检测到数据库中存在未解算过的任务时，将从数据库中获取该任务所需的观测数据和准备文件，然后调用GAMIT/GLOBK程序对数据进行解算。若解算成功，则将解算结果保存到数据库中。

7) 为了使用户可以了解任务的执行状态(如开始执行、解算完成，执行出错等)，数据解算服务器程序将在执行的关键步骤处向用户发送消息。消息保存在消息表中，客户端可以在用户登录客户端时向用户显示这些消息。

根据数据库系统的功能需求分析，对数据库进行概念设计，得到的实体-联系图(E-R图)，如图2所示。其中站点具有所属单位、所在位置、接收机类型、天线类型、启用时间等属性，解算任务具有任

图2 数据库概念设计

务类型(基线解算、网平差等)、数据日期，任务提交时间、任务开始执行时间、任务完成时间和任务参数配置等属性。依据数据库的概念设计进行数据库逻辑设计，按照数据库的逻辑设计在数据库管理系统中创建相应的数据表[9]。

整个系统的顶层数据流如图3所示。系统中，观测数据既可以由客户端上传，也可通过系统扫描各测站推送数据的文件夹上传。数据解算过程中用到的准备文件，由准备文件自动下载程序每天定时下载后上传到数据库中。用户可以通过客户端程序向系统发送数据管理请求，系统执行对应的数据管理操作后将数据管理结果返回给客户端。客户端或解算任务自动提交程序都可以向系统发送数据处理任务，数据解算服务器端程序在空闲时频繁地检查数据库中的待处理任务表，检测到待处理的任务后，从数据库中获取对应的观测数据及解算所需的准备文件后调用GAMIT/GLOBK程序对数据进行解算，并在解算完成后将数据处理结果保存到数据库中。用户可以通过客户端对解算结果进行查看和分析。

图3 系统顶层数据流

2 程序实现

按照软件系统的设计，使用C#和C Shell编程对系统进行编程实现，得到的客户端程序，准备

首先从战略全局化的角度出发，统筹协调政府多部门与社会各界力量，形成全域化的社会管理合作机制体制；其次依法治理旅游纠纷，解决旅游监管交叉与缺位并存的尴尬处境，创建旅游综合执法队伍，强化相关法律法规的执行力度；最后围绕“屈贾之乡”、“山水洲城”的人文底蕴、弘扬“敢为人先”的湖湘精神，全面体现“现代湖湘文化融合之都、山水田园休闲胜地、中部临空会展名城”的整体形象。

文件自动下载程序，数据处理任务自动提交程序和数据解算服务器端程序。其中客户端程序主界面分别如图4所示。

图4 系统客户端程序主界面

3 解算实例及精度验证

为验证该程序的可行性以及解算精度，利用山东省国土测绘院SDCORS运行中心所提供的山东CORS于2015年1月1日和2012年每月15日共13天，每天约90个CORS站点的观测数据进行测试。解算时的参数配置如表1所示。

表1 GAMIT/GLOBK解算参数配置表

3.1 NRMS值

标准化均方根误差(NRMS)可以作为衡量GAMIT基线解算结果精度的重要指标。根据国内外经验，一般要求该值小于0.3，如果NRMS大于0.5，则说明解算中可能有周跳没有被清除，此时需进行人工处理进行周跳修复[10]。

考虑到山东CORS参考站点数量较多，为节约解算时间，依据山东CORS参考站网的网形分布，在基线解算时将山东CORS参考站网划分为东西两个子网分别进行解算[11]。基线解算完成后再合并进行网平差处理。在进行子网划分时，两个子网间保留4个公共参考站点，并加入同时段的BJFS、CHAN、DAEJ、SHAO、SUWN和WUHN等6个IGS跟踪站的观测数据进行联测。本次所得到的处理结果的验后NRMS如表2所示。

由统计可见，本次所测试的13天的观测数据的基线解算结果，其验后NRMS值均在0.175～

0.194之间，其中子网一的验后NRMS平均值为0.188，子网二的验后NRMS平均值为0.187,符合精度要求。

表2 GAMIT/GLOBK所得基线

3.2 基线重复性

基线重复性是评价基线解算质量的重要指标，本次验证所得到解算结果如图5～图6所示。

图5 基线各分量重复性值分布

图6 基线长度的重复性值分布

本次解算中，各基线在各方向的基线重复性值的统计结果如表3所示。

表3 基线重复性值统计

基线重复性值较小，说明解算结果中各基线的相互符合度较高，满足基线解算的精度要求。

3.3 坐标精度

因为CORS站点的坐标真值不可知，因此采用Bernese软件对同一时段数据的解算结果与GAMIT/GLOBK自动解算结果进行对比[12]。

取SDCORS在2015年1月1日的88个参考站的观测数据，分别用Bernese软件和本系统进行数据处理。其中GAMIT/GLOBK的主要配置项如表1所示，Bernese的配置项如表4所示。

表4 Bernese软件的解算参数配置表

对解算出的站点坐标进行统计对比，其坐标在X、Y、Z三方向的差值分布图如图7所示。差值统计结果如表5所示。

图7 两程序解算坐标差值分布图

方向X方向/mY方向/mZ方向/m最大值-0．00040．00910．0011最小值-0．0083-0．0045-0．0127平均值-0．00420．0036-0．0030标准差0．00150．00250．0021

对比结果显示，Bernese软件解算结果与使用本系统的解算结果，其坐标互差在13 mm以内。三个方向差值的符号基本相同，这表明两程序的差值有一个系统性的偏差，这可能是由于解算过程中使用了不同的模型导致的。若以Bernese软件的坐标解算结果作为参考值，则本系统的坐标解算结果符合省级CORS在ITRF地心参考框架中互差小于0.05 m的精度要求。

4 结束语

本系统采用C/S架构开发，集合数据库管理软件MySQL和高精度GPS数据处理程序GAMIT/GLOBK的优势，实现无人值守情况下的区域CORS数据的全自动处理。使用图形界面编程的方式改进了GAMIT/GLOBK程序的操作友好性，降低了技术难度，可以使对此程序不甚熟悉的用户也可以实现快速上手使用，提高了生产效率。由于数据解算更及时，便于监控参考站的运行状况，有助于提高CORS系统的稳定性、安全性与可靠性。

本系统还验证了使用GAMIT/GLOBK程序进行区域CORS数据自动解算的可行性。SDCORS实际应用表明，GAMIT/GLOBK程序在自动解算时的精度也不亚于人工手动处理，能够满足区域CORS网坐标在5 cm内的精度要求[13]。

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Automatic Data Processing System of Regional CORS

JIANG Yingming1,GUO Jinyun1,GAO Shimin2,DU Jun1,LIU Zhimin1

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China；2.ShandongProvincialInstituteofLandSurveyingandMapping,Jinan250102,China)

Based on the GAMIT/GLOBK software and MySQL database management system, the client/server architecture is used to develop a regional CORS data automatic processing system for regional CORS data management and automatic data process. By processing Shandong CORS data , test results show that the baseline solution of NRMS values is superior to 0.188, baseline repeatability is better than 0.012 m.Compared with the results calculated by Bernese,the difference of coordinate solutions is 0.013 m, which verifies the accuracy and reliability of this data processing system .

Automatic data processing of CORS; GAMIT/GLOBK; database utilization； CORS data management; GPS data processing

10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.05.024

2016-03-31

国家自然科学基金(批准号：41374009); 山东省自然科学基金(批准号：ZR2013DM009)

TP274.2

A

1008-9268(2016)05-0117-06

姜英明 (1991-)，男，硕士生，主要从事GNSS数据处理等研究。

郭金运 (1969-)，男，博士、教授、博导，主要从事空间大地测量、海洋大地测量和物理大地测量等研究。

高士民 (1984-)，男，工程师，主要从事卫星大地测量工作。

杜珺 (1991-)，女，硕士生，主要研究方向为地理信息系统的应用与开发。

刘智敏 (1975-)，女，博士，副教授，主要从事GNSS定位理论技术及其应用。

联系人： 姜英明 E-mail: jiangyingming@live.com