基于.NET的流動GPS觀測輔助系統設計與實現

周 輝，馬 亮，王文青，任海軍，程 陳，王丹寧，鄭 蕊

（中國地震局 第二監測中心，陜西 西安 710054）

利用GPS（Global Positioning System）全球定位系統來獲得精確的定位和時間信息已成為當今世界導航、勘測、測繪、工程抗震和地震記錄等許多領域的先進技術，近幾年來得到了廣泛的應用[1]。在我國的地震行業中GPS也已經得到廣泛應用：以GPS觀測技術為主的中國地殼運動觀測網絡在2000年底建成[2]。GPS測量作為水準測量之外的一種重要的形變監測手段，正在獲得廣泛的應用，與常規大地測量相比GPS有外業觀測簡便、定位精度高、24 h全天候觀測、經濟效益顯著等優點[3]。

流動GPS觀測是流動監測一種重要手段。遵循中國地殼運動觀測技術規程，目前流動GPS觀測是采用由GPS作業小組在野外搭帳篷守點觀測這種模式。野外觀測期間，作業人員每天按時拿著筆記本電腦連接GPS接收機來完成下載、轉換、檢查的工作。在野外觀測的特殊條件下，這是一個相當繁瑣的工作。日復一日的重復工作，中間難免會出差錯。早上八點，在陽光的映射下觀測員也很難看清筆記本電腦屏幕。因此需要一個輔助程序，通過簡單操作來實現這些功能，同時附加良好的語音提示告知作業人員檢查結果。基于目前的作業模式，GPS數據每次檢查完成后，備份在隨身攜帶的筆記本電腦和移動硬盤上。在作業期間可能會發生電腦和移動硬盤損壞或丟失，嚴重威脅GPS數據的安全。同時科研人員也無法及時獲取到最新的觀測數據進行科學研究，尤其在地震應急時更是如此，只能等GPS作業小組作業完成回到單位以后才能拿到“新”數據。

1 系統分析設計

1.1 功能需求分析

根據野外實際業務情況，軟件需具備以下功能：

1）能夠正確下載、轉換、檢查GPS觀測數據文件，具有能夠一鍵操作完成的功能，并有相應的語音提示；

2）能夠通過現有VPN通道上傳GPS數據文件。

目前流動GPS觀測中使用的GPS接收機為Topcon NET-G3A，數據轉換程序為Topcon公司提供的tps2rin，而質量檢查工具則是TEQC。Tps2rin將從接收機下載到的原始數據轉換為通用的RINEX格式（Receiver INdependent EXchange format，即與接收機無關的交換格式）。TEQC（Translation，Editing and Quality Checking）是由 UNAVCO Facility（美國衛星導航系統與地殼形變觀測研究大學聯合體）研制的為地學研究GPS監測站數據管理服務的公開免費軟件，以GNSS數據質量檢核為核心，并具有數據格式轉換和數據編輯功能的軟件[4]。Tps2rin和TEQC功能完善并得到廣泛的應用，但它們是基于命令行環境的軟件，沒有可視化的界面，一般用戶較難掌握其操作。

本系統將根據軟件工程的思想，以tps2rin和TEQC作為數據處理的核心引擎，利用Visual C#.NET 2008對流動GPS觀測輔助系統軟件進行設計開發。

1.2 作業流程分析

現有實際作業流程如圖1所示，從下載數據到數據歸檔共有7個步驟，基本上每一步都要手動干預，最終將數據保存到移動存儲設備中。觀測任務結束以后，所有數據上交單位。最后研究人員才能利用這些數據進行研究。

圖1 人工作業流程Fig.1 Manual processes flow chart

1.3 系統框架結構設計

本系統是以廣大流動GPS觀測人員為主要服務對象。提供良好的用戶界面，實現簡潔的操作流程，減輕野外觀測人員的工作量，改善和提髙工作效率。

下載模塊是從GPS接收機通過FTP協議下載原始觀測數據；轉換模塊利用官方提供的tps2rin程序將原始觀測數據轉換為通用的RINEX格式。檢查模塊通過調用teqc程序檢查已轉換為通用格式的GPS觀測數據，并顯示檢查結果。上傳模塊是使用已有的VPN通道，將觀測數據和結果上傳到服務器。系統功能總體結構如圖2所示。

圖2 系統功能結構Fig.2 Structure of system function

2 關鍵技術的實現

2.1 利用Process類調用tps2rin和TEQC

tps2rin和TEQC是基于命令行的應用程序，本系統調用它們來實現轉換和檢查數據的功能。.NET平臺提供了Process類用于加載其他程序。Process類在 System.Diagnostics命名空間中。通過將Process對象實例化，設置StartInfo屬性并調用Start（）方法就可完成對外部程序的調用[5]。下面代碼是調用tps2rin程序轉換觀測數據的例子。

2.2 利用FtpWebRequest類實現文件下載、上傳

在.NET平臺中位于命名空間為System.Net中的FtpWeb－Request類實現了文件傳輸協議 （FTP）客戶端的一些基本功能，如文件上傳和下載等[6]。本系統通過FTP協議從GPS接收機下載觀測的原始數據和將觀測數據和檢查結果通過VPN網絡上傳到單位內部服務器上。

1）下面是下載觀測數據的核心代碼。首先將FtpWeb－Request類實例化并設置相關下載數據的參數，讀取到FTP服務器上的數據，最后將讀取到的數據寫成文件。

2）下面是上傳觀測數據的核心代碼。首先讀取數據文件，接著將FtpWebRequest類實例化并設置相關上傳數據的參數，最后將讀取到的數據上傳到FTP服務器上。

3 結束語

針對流動GPS觀測作業環境惡劣、操作步驟繁瑣、不能及時利用觀測成果等特點，本系統結合野外作業現狀，在功能上力求滿足實際需要；采用面向對象程序設計方法實現了流動GPS觀測輔助系統。目前本系統已經應用在本單位的流動GPS觀測中，極大提高了作業的效率，達到了預期的效果，今后將根據用戶的反饋繼續完善。

[1]殷海濤，李杰，張玲，等.基于GPS觀測網的山東地區地殼運動特征分析[J].西北地震學報，2008，30（3）：276-281.YIN Hai-tao，LIJie，ZHANG Ling.Analysisofcrustal movement features in shandong area based on the data of GPS observation network[J].Northwestern Seismological Journal，2008，30（3）：276-281.

[2]牛之俊，馬宗晉，陳鑫連，等.中國地殼運動觀測網絡[J].大地測量與地球動力學，2002，22（3）：88-93.NIU Zhi-jun，MA Zong-jin，CHEN Xin-lian，et al.Crustal movement observation network of china [J].Journal of Geodesy and Geodynamics，2002，22（3）：88-93.

[3]朱照榮.城市GPS應用及發展趨勢探討[J].北京測繪，2002（3）:27-35.ZHU Zhao-rong.The discussion on application and development tendency of urban GPS[J].Beijing Surveying and Mapping，2002，3:27-35.

[4]范士杰，郭際明，彭秀英.TEQC在GPS數據預處理中的應用與分析[J].測繪信息與工程，2004，29（2）：33-35.FAN Shi-jie，GUO Ji-ming，PENG Xiu-ying.Applications of TEQC to GPS data pre-processing[J].Journal of Geomatics，2004，29（2）：33-35.

[5]余文坤，戴吾蛟，楊哲.基于TEQC的GNSS數據質量分析及預處理軟件的設計與實現 [J].大地測量與地球動力學，2010，30（5）：81-85.YU Wen-kun，DAI Wu-jiao，YANG Zhe.GNSS data analysis＆ pre-processing software design based on TEQC[J].Journal of Geodesy and Geodynamics，2010，30（5）：81-85.

[6]龔俐，毛曉蛟.基于C#的FTP客戶端的實現[J].電腦編程技巧與維護，2010（24）：94-95.GONG Li，MAO Xiao-jiao.Implement of FTP client based on C#[J].Computer Programming Skills ＆ Maintenance，2010（24）：94-95.