TBC與GAMIT進行CORS站基線解算的精度分析
——以廣州CORS基準站數據處理為例

翁益志

(廣州市南沙區房地產測繪及估價管理所,廣東廣州 510000)

TBC與GAMIT進行CORS站基線解算的精度分析
——以廣州CORS基準站數據處理為例

翁益志?

(廣州市南沙區房地產測繪及估價管理所,廣東廣州 510000)

CORS系統作為地理空間框架的重要基礎設施之一,其穩定性是確保系統正常運行的關鍵。根據《衛星定位城市測量技術規范》的要求,需定期對CORS網進行解算。本文以廣州CORS網為例,采用天寶TBC軟件和美國GAMIT軟件對CORS站GPS靜態數據進行處理,采用不同的解算模式,討論兩款GPS處理軟件在基線解算結果方面的差異,得到一些有益的結論。

CORS;GAMIT;TBC;分析;基線解算

1 引 言

CORS系統作為地理空間框架的重要基礎設施之一,需向用戶提供精確的三維定位服務。CORS網自身的穩定性是確保系統正常運行的關鍵。根據《衛星定位城市測量技術規范》的要求,需要定期對CORS網進行解算,解算周期不應超過一年。并且CORS站坐標的變化量應符合規范要求,變化超限的基準站坐標需要進行糾正。

本文以廣州CORS網為例,采用天寶TBC軟件和美國GAMIT軟件對CORS網GPS靜態數據進行處理,采用不同的解算模式,討論兩款GPS處理軟件在基線解算結果方面的差異。

2 軟件的介紹

2.1 TBC軟件介紹及基線處理流程

TBC(Trimble Business Center)是美國Trimble公司的新一代測量內業軟件,是在TGO軟件的基礎上,增加了全站儀、水準儀、3D掃描儀等數據處理模塊,非常適合于GPS測量數據的后處理。該軟件支持來自各種GPS接收機的測量數據類型。

TBC具有GPS基線處理、測量網平差、處理GPS和常規地形測量數據、質量保障和質量控制(QA/ QC)、道路設計數據上下裝載、測量數據的上下裝載、生成DTM模型和等高線圖、坐標系轉換和投影、GIS數據采集和傳輸、屬性特征碼、生成項目報告、測量項目的管理和維護等功能。其基線處理的流程可簡單分為建立項目,裝載數據和處理基線等幾個主要步驟。

(1)TBC是基于項目的,工程開始首先建立一個新的項目,在建立項目的同時,設定項目的根目錄、天線類型、天線高測量方法、接收機類型、時區等。

(2)將GPS接收機觀測的數據或Rinex數據裝入當前項目數據庫中。

(3)進行基線處理。在基線處理之前,可以對點名、位置、天線高、衛星號、時段長等參數進行編輯修改,若基線處理結果滿意,即可存盤;否則,需利用高級控制功能重新處理這些基線,直到滿意為止。

衡量基線處理結果好壞的兩個量是Ratio和Reference Variance。通常Ratio應在1.5以上,且越大越好,而Reference Variance應在1左右,且越小越好,最好這兩個量聯系起來考慮。若Ratio很小,而Reference Variance較大,就應考慮使用高級控制重新處理相應基線。

2.2 GAMIT介紹及基線處理流程

GAMIT是由美國麻省理工學院(MIT)、美國加利福尼亞大學SCRIPPS的海洋研究所等研制的用于大地測量目的的GPS科研分析軟件,一般運行在linux操作系統上,它可以使用GPS載波相位和偽距觀測值來估計地面測站的三維坐標、大氣延遲、地球定向參數和衛星軌道。

GAMIT主要由6個模塊組成,ARC為軌道積分,對衛星運動方程進行數值積分來確定衛星軌道;MODEL為組成觀測方程;AUTCLN自動修復周跳,包括SINCLN(單站自動修復周跳)和DBLCLN(雙差自動修復周跳);CFMRG是寫一個觀測方式文件(M-file),定義觀測值組合方式;SOLVE是利用雙差觀測按最小二乘法求解各參數;CVIEW是在可視圖形下交互編輯從C-file中獲得的殘差。

GAMIT處理RINEX標準格式的觀測文件o-file,整個數據處理工作分兩步,先編輯數據,得到干凈的觀測文件x-file,再用x-file進行各種處理方案的參數估計。其主要的流程可以總結為先進行數據準備,將數據準備成GAMIT可以利用的數據,然后依次輸入命令,就可以得到相應的解算結果。

3 廣州CORS網的基線解算及比較分析

廣州市CORS系統由8個基準站組成如圖1所示,覆蓋廣州市7 000多平方千米行政區域。基準站的平均間距為40 km,最小間距為24 km,最大間距為89 km。結合CORS的運行情況,分別使用了商業軟件TBC和科研軟件GAMIT進行基線解算并比較分析。

圖1 廣州CORS網圖

3.1 GAMIT軟件不同觀測時間長度數據解算結果比較

選取了2013年6月1日的GZCORS基準站數據(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和昆明、武漢、上海、北京4個IGS站一起解算,采樣間隔為30 s。原始數據都是從GPS時間00: 00:00～23:59:30。通過使用TEQC軟件把原始觀測數據截取為2 h、4 h、8 h、16 h和24 h的數據,分別使用GAMIT軟件進行解算。

解算結果好壞與否要看Q文件,一條指標是:標準化的均方根誤差(nrms),也就是chi-square2χ平方根的自由度,一般越小越好。如果出現大于0.5的情況,就意味著周跳沒有消除,需要重新解算。

表1 不同觀測時間長度基線結果文件均方根誤差情況

表1為不同時段解算結果,表明16 h和24 h解算結果較好也很吻合。

另外以24 h解算的基線為參考對解算基線進行了比較。結果如表2所示:

表2 不同時間長度基線文件結果比較情況

結果表明,基線解算結果與處理數據的觀測時間長短有關,觀測時間越長解算結果越好。

3.2 GAMIT解算CORS基站不同觀測時間數據解算結果比較

選取了2013年6月2日(年積日為153)和2013年6月4日兩天(年積日為155)的GZCORS基準站數據(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和kunm、wuhn、shao、bjfs四個IGS站一起解算,采樣間隔為30 s。

最短基線:五山站(WUSH)到永和站(YONG),最長基線:北京房山(BJFS)到昆明站(kunm)。具體情況如表3所示:

表3 基線長度情況

表4 基線分布情況

通過使用GAMIT軟件解算基線后,得到基線文件O文件(ogzkca.153和ogzkca.155),然后使用SWS FOR GPSAdj軟件(將gamit軟件計算的基線轉換成徠卡格式的基線文件)讀入O文件,可以導出ASC后綴名的Leica基線文件。再導入到同濟平差軟件(TGGPS)中可以進行平差計算。平差中固定五山站的空間直角坐標,進行三維無約束平差,得到其他各點的空間直角坐標。然后對兩天的平差結果進行比較。結果如表5所示:

表明GAMIT處理數據多天不同的數據,穩定性好,基線重復性高。

表5 兩天觀測數據平差結果比較表

3.3 GAMIT與TBC解算結果比較

選取了2013年6月1日的GZCORS基準站數據(HENG、JIEK、LICH、LVTI、SHAT、WUSH、XINH、YONG),和kunm、wuhn、shao、bjfs四個IGS站一起解算,采樣間隔為30 s。使用GAMIT軟件和TBC軟件解算得到的基線比較,可得到如表6所示:

表6 GAMIT和TBC軟件解算得到的基線比較

然后利用同濟平差軟件(TGGPS)進行網平差計算,平差中固定五山站(WUSH)的空間直角坐標,進行三維無約束平差,得到其他各點的空間直角坐標。以GAMIT解算結果為參考,比較兩種軟件計算的空間直角坐標。結果如表7所示:

表明TBC軟件與GAMIT軟件解算的基線結果差異較大,導致平差后部分點位坐標有較大差值。說明TBC軟件在處理CORS基準站長基線數據時無法獲得較高精度的雙差固定解結果,因此,在處理基于GZCORS的長基線精密數據處理工作時需要使用到GAMIT等精密處理軟件。

4 小 結

TBC軟件運行在Windows環境下,其基線解算相對簡單一些,且解算出來的結果可以直接在平差軟件中進行讀取,而GAMIT由于其結構的復雜性,主要運行在Linux系統下,需要準備的文件很多,在解算過程中有時嚴格按照步驟操作也會遇到許多問題。

通過基線解算結果可以發現,對于中短基線,采用TBC和GAMIT兩套軟件解算均可達到理想的成果。對于CORS網中的較長的基線,科研軟件GAMIT模型嚴密,能得到較高精度結果;TBC軟件在滿足工程精度要求的基礎上,更注重軟件在具體應用中的實用性和高效性。GAMIT軟件源代碼的開放性更有利于軟件的完善和改進,軟件本身也更具有借鑒和研究價值。

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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

表7 GAMIT和TBC軟件解算得到的點位比較

2014—04—02

翁益志(1980—),男,工程師,主要從事房產測繪及工程測量技術工作。