Bernese在Windows系统下的安装与应用

顾焕杰,党学会

(中国地震局第一监测中心,天津300180)



Bernese在Windows系统下的安装与应用

顾焕杰,党学会

(中国地震局第一监测中心,天津300180)

Bernese数据处理软件是目前处理高精度GPS数据方面最优秀的软件之一,现在最新的版本为5.2。本文介绍了Bernese5.2在Windows7系统下的安装方法及数据处理过程,并通过实例来分析其进行网平差后所得到的坐标结果是可靠的。

Bernese;Windows;安装;网平差

0 引 言

目前国际上有几个比较有名的高精度GPS科研分析软件,即美国麻省理工学院和美国加利福尼亚大学海洋研究所共同研究开发的GAMIT软件、德国GFZ研究开发的EPOS软件、美国喷气动力实验室研究开发的GIPSY软件以及瑞士伯尔尼大学研究开发的Bernese软件。其中Bernese软件有别于以上几个软件,以其既能处理GPS 双差数据,也能处理GPS非差数据,而且该软件虽具有商业性质,但能提供源代码,适合用户进行二次开发等优点,一直被地球动力学、卫星重力测量、大气研究、地震监测等领域广泛使用[1-3]。本文介绍了Bernese5.2在Windows7系统下的安装与应用,希望对Bernese的用户有所帮助。

1 Bernese5.2软件的安装

Bernese5.2软件适用于Windows各系统(98/2000/XP)和UINX 系统等软件平台,因其在Windows系统下操作界面为图形界面,所以使用更为方便。以常用的Windows 7操作系统为例介绍安装步骤。

1.1 安装环境要求

Bernese5.2 软件的安装仅需要大约500 Mb的硬盘空间,不过需要为存放自己的数据提供足够的硬盘空间(数据存放于GPSDATA目录下),软件运行过程中所产生的临时文件可能需要几个G的硬盘空间。另外,该软件运行还需要Perl 5软件支持,其当前的版本可以运行“perl-v”命令进行查询。

1.2 安装前准备

1) 用户可以在http://www.bernese.unibe.ch/order/地址下载申请表格,填写后经软件研发组审核,审核通过后交纳一定费用即可获得Bernese5.2 软件包。该软件包包含以下文件:

content.txt:光盘的内容;SETUPBERN52.EXE: Bernese 5.2软件主程序;SETUPGPSUSER52.EXE: 用户环境程序;SETUPGPSTEMP.EXE:临时用户环境程序;SETUPCAMPAIGN52.EXE:工程目录程序;SETUPDATAPOOL.EXE: 数据池程序;SETUPSAVEDISK.EXE: 数据保存程序;ZIPEXEexe_aiub_32.zip: 32位系统可执行文件(默认);ZIPEXEexe_aiub_64.zip 64位系统可执行文件;READMEINSTALL.TXT:安装过程的描述;READMEJPL_EPH.TXT:JPL星历文件制作;READMEFIRST_STEPS.TXT:第一次运行软件的描述;READMEV50_TO_V52.TXT:Bernese5.0版本到Bernese5.2转换描述;READMEUPDATE.TXT:软件更新过程的描述READMEDOCU52.pdf: Bernese5.2版本用户手册;READMETUTORIAL.pdf: 入门教程。

2)下载Perl软件包,用户可以从http://www.activestate.com/activeperl/地址下载Activ-ePerl-5.18.2.1801-MSWin32-x86-64int-297964.msi 文件。

1.3 Bernese安装步骤

1.3.1 Bernese5.2 软件安装

按如下顺序依次安装光盘中的可执行文件:

1) BERN52

2) GPSUSER52 (需要同时安装 GPSTEMP)

3) CAMPAIGN52 (需要同时安装DATAPOOL 和 SAVEDISK)

上述每个安装向导还可单独安装。每一个设置向导将相应的目录复制到你的硬盘并且为用户建立环境变量。在安装过程中安装向导将默认安装在C盘,个人建议将软件和其他组件安装在另一个分区。

通常,Bernese软件在每台计算机的Windows平台上只有一个用户可以使用。然而,一个多用户环境的建立可以基于一个台式电脑Windows服务器提供的网络驱动器。在这种情况下,BERN52、GPSDATA、DATAPOOL、CAMPAIGN52和SAVEDISK应该安装在网络驱动器上,而GPSUSER52和GPSTEMP安装在用户的本地台式电脑上。注意,环境变量必须定义在所有使用该软件的计算机上(从不同的电脑相同的目标区域运行安装向导时注意不要产生任何干扰,个人认为手动复制Bernese相关环境变量是较为方便且安全的)。下面就每个步骤的安装进行详细描述。

-BERN52的安装：运行BERN52.exe

按照设置向导选择安装目录:

…BERN52BPE perl语言主要的模块和脚本

GPS 一般文件、帮助文档、主输入面板、脚本等

INC 主要的Fortran模块和脚本

LIB Fortran 子程序和子模块

MENU 用户界面(菜单程序)

PGM Fortran主要处理程序

此安装将在注册表中设置新的用户环境变量,这些变量是:

VERSION Bernese版本号

C安装过程中所选择BERN52的位置

X一般文件和脚本的位置

XG主程序可执行文件的位置BERN52PGMEXE_AIUB

XQ菜单可执行文件的位置BERN52MENU

BPE安装过程中所选择BPE的位置BERN52BPE

I Fortran主要模块和脚本的位置BERN52INCFOR

LG Fortran常规模块库的位置BERN52LIBFOR

FG主程序源的位置BERN52PGMFOR

USER用户名变量

BERNESE_VARIABLES 运行BPE用户脚本,变量列表显示“P T X U USER”

BPE_SERVER_HOST BPE主机名称

F_VERS 改变编译器的名字,如果想通过自己编译源代码

F_VERS_LIST 额外的Fortran编译器列表

OS_NAME 操作系统“WIN32”

QTBERN QT库(仅用于编译路径菜单)

CGROUP 测试AIUB

以上为32位系统下,64位系统的话只需在光盘目录下找到ZIPEXEexe_aiub_64.zip,将这些文件复制到BERN52PGMEXE_AIUB目录下并替换32位可执行文件即可。

-GPSUSER52的安装

在光盘目录下运行GPSUSER52.EXE。安装GPSUSER52时没有必要在BERN52下创建子目录。它包含运行BPE所需的所有文件。

-GPSTEMP

在光盘目录下运行GPSTEMP.EXE 即可。

-CAMPAIGN52 (需要同时安装DATAPOOL和SAVEDISK)

在光盘目录下运行CAMPAIGN52.EXE,设置向导将建立最初的CAMPAIGN52目录。(请注意用于Bernese环境下所有变量的UNIX-syntax也同样用于Windows平台上)。安装成功之后,一个新的“CAMPAIGN52”图标应该出现在你的桌面。随着时间的推移,这一领域会占用大量的磁盘空间。一定要将它安装在一个合适的磁盘/分区。尤其是GPSDATA不应位于C:分区。

-DATAPOOL

默认情况下,数据库将在CAMPAIGN52.EXE安装向导的最后安装,也可在光盘目录下运行DATAPOOL.EXE.

-SAVEDISK

默认情况下,SAVEDISK将在CAMPAIGN52.EXE安装向导的最后安装,也可在光盘目录下运行SAVEDISK.EXE。

1.3.2 Perl软件安装

将之前下载的Perl软件包解压,进行安装。

1.3.3 确认安装

Bernese5.2软件安装完毕后会建立一些环境变量,这些环境变量代表Bernese5.2软件运行时常用的路径。这时,需要重启计算机以使这些新的环境变量可用。至此,双击桌面上的“Bernese5.2”图标即可启动Bernese5.2软件。

1.3.4 制作DE405.EPH星历文件

DE405.EPH星历文件是用来计算太阳、月亮和行星的万有引力以确定卫星轨道,它是用Bernese5.2软件进行数据计算所必须的,其制作方法可以参阅README/JPL_EPH.TXT。制作完成后将其存放于“GEN”文件夹下,才能保证软件的正常运行。需要注意的是不能使用原来的“DE200.EPH”星历文件。

1.3.5 软件升级

为了保证Bernese软件为最新版本,经过软件研究团体的不断开发和维护,并时常对软件进行完善和改进,所以软件在安装完后也需要不断升级。用户可选择使用CD盘升级或者选择网络下载升级包升级。网络升级的方法为:在命令提示符里输入“perl %X% EXE configure.pm”,选择“2 …Install online updates”,命令行就会提示软件当前安装的版本和需要更新的版本,根据提示信息对软件进行升级直到没有新的更新包可用[4-10]。

2 Bernese 软件数据处理方法

Bernese软件具有众多功能,因此其数据处理方法也不是唯一的。 由于GPS数据处理最为经典的应用就是根据观测值求解测站的坐标,因此下面给出GPS数据双差处理精确求解测站坐标的几个基本步骤。

2.1 处理数据的准备

在处理数据之前需要把RINEX格式的数据转化为Bernese二进制格式文件。还需要准备好观测文件、星历文件、更新数据处理所需的表文件(更新网址为:http://www. aiub. unibe.ch/download/BSWUSER50/GEN/)。

2.2 卫星轨道标准化

卫星星历可以在精密星历和广播星历中选择其一。Bernese软件在轨道部分有PRETAB程序和ORBGEN程序。

2.3 计算接收机时钟改正量

使用CODSPP程序计算接收机时钟改正量,同时提供后验的均方根误差值在其输出文件中。

2.4 形成基线文件

使用SNGDIF程序形成基线文件,根据选定的准则使其在整个处理网中形成独立的基线单差文件。通常选用最大观测值准则(OBSMAX),也可以用人工方式或其他标准来定义基线。

2.5 相位观测值预处理

预处理相位观测值的核心程序是MAUPRP,该程序既能处理非差数据也能处理单差数据。

2.6 参数估计

在Bernese中参数估计有两个主要程序,第一个是GPSEST,该程序是基于原观测值来求解参数;第二个是ADDNEQ 2,该程序则是基于伪观测值来求解参数。通常采用QIF(Quasi-Ionosphere-Free)求解模糊度,并忽略基线的相关性,逐条基线求解。历元参数通常需要先预消除,然后在法方程层次上回代求解。

2.7 多时段综合解

多时段综合解需用的程序为ADDNEQ 2,将上一步骤所得的各时段全部基线解作为伪观测值再进行平差,使参数解更为精确,或者用来反演地球自转参数、测站速度等其他参数。

3 实例分析

Bernese和GAMIT一样,采用的是双差模式进行处理。Bernese处理一般分为两个步骤,首先利用GPSEST解算子网单日解,再利用ADDNEQ 2将单日解进行整体平差。Bernese软件在处理同步观测数据时只处理独立基线边,可利用多个CPU进行并行处理或多台工作站同时处理,由计算程序、菜单程序及自动化驱动程序三大部分构成。为了提高GPS数据处理精度,Bernese软件中有多种模型改正,如海潮改正、固体潮汐改正、极潮改正、相对论改正、天线绝对相位模型改正和电离层改正等等。

为了验证Bernese的实际解算精度,本文选取了2014年浙江省境内9个基本站9天的数据进行解算(本次计算采用的主要模型如表1所示。计算采用IGS提供的IGB08.FIX框架点文件(IGS08的升级版,去除了IGS08中一些因地震等地壳运动活跃影响较大站点,增加了一些较为稳定站点),这也是IGS数据解算中心以及Bernese软件目前推荐的解算框架。

为了将区域解纳入到ITRF2008参考框架,在单日解数据处理时联立区域IGS站进行整网平差,得到基于ITRF2008框架下的坐标。限于篇幅本文只选择2014年3个基本站的数据,并将其转换到GAMIT软件的N、E、U坐标系统下,得到各个站点的时间序列图(图1示出了2014年浙江省境内3个基本站年积日287～296日三方向时间序列,出于数据保密的考虑,数据做了部分处理)。

表1 Bernese解算主要模型

图1 2014年浙江省境内3个基本站年积日287-296日三方向时间序列

从图1可以看出,误差分布比较均匀,表现了E、N分量精度相对较高,U分量精度较低的特性。

4 结束语

通过对Bernese的安装介绍以及实例的讲解,说明了Bernese进行网平差后所得到的坐标结果是可靠的。然而,Bernese是一款较为复杂的GPS处理软件,在实际使用时,会遇到各种各样的问题,这就需要在实践中不断地摸索总结,以便掌握其中各项参数的设置与含义,为以后的二次开发做好准备。

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[2] HUGENTOBLER U, DACH R, FRIDEZ P. The bernese GPS software version 5.0 DRAFT [M].Printing Office of the University of Bern, February, 2005.

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[10] 刘垚. GAMIT/GLOBK在Linux系统下的安装与应用[J].北京测绘,2014(4):30-33.

Bernese Installation And Application Based On Windows System

GU Huanjie,DANG Xuehui

(FirstCrustMonitoringandApplicationCenter,CEA,Tianjin300180,China)

Bernese date processing software is one of the best GPS positioning and orbit determination software, and the latest version of Bernese is 5.2 yet. The application of Bernese 5.2,which installed under Windows 7 platform, is described in this paper. The results of numerical examples illustrate the coordinate obtained from network adjustment are reliable.

Bernese; Windows; installation; network adjustment

10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.05.025

2016-05-03

P228.4

A

1008-9268(2016)05-0123-05

��历文件标识

顾焕杰 (1988-),男,青海西宁人, 助理工程师,主要从事GPS测量及相关研究工作。

党学会 (1984-),男，河南商丘人，工程师，主要从事GPS测量及数据处理工作。

联系人： 顾焕杰 E-mail: dzj_guhuanjie@163.com