陆态网络CORS站站点监测系统设计与实现

何江 张英丽 田亮



陆态网络CORS站站点监测系统设计与实现

何江 张英丽 田亮

（西安测绘总站 陕西西安 710054）

陆态网络基准网于2011年建成并投入使用，总共由260个连续运行基准站（以下简称CORS站）组成，这些基准站每天连续观测的海量数据为CGCS2000坐标系的建立和维持起到关键作用，同时每天的海量数据处理也因此成为一项重要工作。根据长期从事CORS站数据处理工作的经验，设计建立了一套CORS站点监测系统，从而实现对所有CORS站的自动数据检核评估与预报功能。

陆态网络 CORS 数据检核 站点监测

1 引言

连续运行基准站网络系统（ 英文全称 Continuous Operational Reference System）简称 CORS 网络,是近几年迅速发展的一种新兴测量服务手段。它是在一定范围内建立大量连续运行基准站，通过网络互连构成网络化的GPS综合服务系统。陆态网络基准网[1]就是由260个CORS站组建而成，它不仅可以向各级测绘部门提供高精度连续的时空基准，还可以向导航、灾害防治等部门提供各种数据服务，同时为城市建设、交通管理、气象、环境监测等提供迅速可靠的信息服务，满足基础测绘、国土资源调查、地质灾害预报、交通管理等信息需求。但随着基准网的投入使用，每天海量的GNSS观测数据处理已成为一项重要且十分繁重的工作。目前还没有成熟的管理系统对这些站点进行系统高效的数据检核以及监测，日常工作只是零散地进行数据预处理，存储混乱，不能重复利用检核结果，造成了大量人力物力的浪费。因此为了更好地提高数据处理效率，节约资源，迫切需要研发站点监测系统对CORS网络所有基准站进行自动化管理。

2 站点监测系统功能概述

CORS站站点监测系统功能主要是解放日常重复的数据预处理工作，让数据检测评估以及站点监测实现自动化[2]。具体功能包括以下四个方面：

（1）数据格式转换功能。系统能够接收基准网所有CORS站的观测数据，并将数据格式统一为目前标准的格式文件RINEX格式。

（2）数据编辑功能。系统能够实现RINEX文件头信息部分编辑，文件分割与合并，卫星系统的选择以及特定卫星禁用。

（3）数据质量检核功能。主要包括观测数据统计，数据质量检核，质量评估与数据剔除。

（4）站点监测功能。对CORS站每天观测数据进行长期监测与预报。

3 系统功能设计

图1展示了站点监测系统的整体结构，整个系统实现包括七个模块：数据统计、质量检核、质量评估、质量报告、站点监测、信息查询和批处理。

系统的数据统计功能分为数据统计和年度统计两部分。数据统计模块能够实现统计每天260个CORS站的数据接收情况，包括文件数量、大小等信息，并将统计信息放入预先建立的数据库。年度统计模块主要实现年末统计整个年度的数据量、数据大小以及每个基准站的年度数据入库情况。

质量检核模块通过每天调用TEQC软件[3,4]检查当天接收的数据质量，然后将结果信息存入数据库。质量结果包括年积日、接收机信息、天线信息、观测者信息、观测时段、历元、天线高、观测类型、概略坐标、卫星状况、钟漂、有效率、多路径效应等信息。

质量评估模块能够实现对每一个经过质量检核的观测文件进行评分入库。评估分数可以用来比较数据的观测质量，为起算数据的选择提供参考。

质量报告模块首先能够对当天的数据质量情况进行统计入库，然后生成详细的质量报告，使操作者能够对当天数据质量有全面了解。

站点监测模块主要包括：（1）将数据解算结果入库；（2）更新解算中误差；（3）数据预处理，剔除粗差并内插缺失坐标；（4）坐标预测，包括线性预测和非线性预测。（5）判断漂移，根据预测坐标和计算坐标结果判断点位是否漂移。

信息查询和批处理模块包括查询每天基准站的数据质量信息，将上述数据统计、质量检核、质量评估、质量报告进行批处理，方便每天操作。

4 系统初步成果展示

根据系统功能的设计，作者利用VC编程语言和Microsoft SQL Server 2005实现了CORS站数据质量检核与评估七项功能：数据统计，质量检核，质量评估，质量报告，站点监测，信息查询和批处理。主界面如图2所示。

4.1 数据质量检核处理流程

系统对陆态网每天接收的CORS站观测数据进行质量检核，目的是将质量较差的观测文件剔除，以保证GPS数据处理的精度[5,6]。

实际接收到的文件格式为aaaaddd0.13d.Z,aaaa为站点代码，ddd为年积日，13d以13年的数据为例。每天接收的观测文件都放在以年积日命名的文件夹中。首先新建临时文件夹temp，用来存放临时文件。将导航文件n文件及工具软件TEQC和crx2rnx.exe复制到临时文件夹。然后遍历存放观测数据的以年积日命名的文件夹，对每一个观测文件执行后续步骤，直到将所有观测文件检测一遍。

对于每一个观测文件，检查文件后缀名，是否为Z,如果是，则调用WinRAR软件对观测文件进行解压缩。经过解压缩之后的文件，检查后缀名是否为13d，如果是，则调用crx2rnx.exe软件将d文件转换为o文件。转换之后，如果后缀名不是13o，则说明出现了异常情况，程序给出提示，请操作者检查更正之后，再一次运行程序进行质量检查。对于后缀名为13o的文件，调用TEQC软件进行质量检查，检查之后生成9个文件：分别为L1载波多路径效应指标文件（.mp1）、L2载波多路径效应指标文件（.mp2）、L1载波信噪比文件（.sn1）、L2载波信噪比文件（.sn2）、卫星高度角文件（.ele）、卫星方位角文件（.azi）、电离层误差及其变化率文件（.ion、.iod）以及一个汇总文件（.13s）。这九个文件中，汇总文件13s最为重要。需要从13o文件和13s文件中提取各项观测质量信息，并放入数据库中。完成了信息入库之后，将生成的9个文件移动到指定存储位置，这些信息对于研究GNSS连续运行基准站的稳定性具有重要作用。至此单个o文件的处理已经完成。下一步将所有单个o文件相关的.Z文件，.13d文件和.13o文件删除。开始处理下一个观测文件aaaaddd0.13d.Z，直到将当天年积日文件夹中的观测文件遍历一遍。

遍历结束之后，删除临时文件夹temp及其内部的各个文件。当天观测文件的质量检查全部结束。

4.2 站点监测数据处理流程

站点监测[7]，通过比较预测坐标和计算出的坐标，找出有发生漂移可能的站点，以供进一步核实分析。首先，解算陆态网每天的GNSS观测数据，将解算出的坐标结果提交到系统，系统将坐标结果放入数据库中。第二步，中误差用来确定阈值，以及在剔除粗差过程中来确定粗差的阈值。根据现有的计算坐标计算出当天的中误差值。第三步，要为预测坐标做好预处理工作。预处理工作包括两部分：剔除粗差和内插缺失数据。明显的粗差必须要剔除，否则会影计算的准确性和合理性。有的年积日某些站没有产出观测数据，或者观测数据质量不好，计算出的坐标明显属于粗差，已经在上一步剔除。这样就会产生站点坐标数据的中断，可能很长一段时间都没有坐标结果，这样就无法进行下一步的坐标预测，所以必须通过线性内插的方法补齐缺失的数据。但是如果连续一周或更长的数据都缺失，则不进行线性内插，采用过多的线性内插数据计算出的预测坐标不够准确，此时利用移动回归模型来进行内插。完成数据预处理之后的数据，已经做好了预测坐标的数据准备。第四步，预测坐标，采用一元线性回归的方法来进行坐标的预测。预测等级的意思是预测的日期和预测所采用的数据中最新的计算坐标的年积日之差，比如要预测某站056天的坐标，如果采用的数据中最新的计算坐标为053天的，则预测等级为3，如果最新的计算坐标为055天的，则预测等级为1，一般预测等级最高的预测坐标数据会自动覆盖等级低的预测坐标数据。预测等级最高为1，最低为7。等级越高，预测精度越高。最后一步，判断点位漂移，通过比较预测坐标和实际计算出的坐标，得到两者的差值，如果差值超过阈值，则初步判定为漂移。

4.3 数据库成果展示

系统运行过程中形成了多个重要的数据库，为今后的信息查询打下了良好的数据基础。主要成果包括：data_statistics数据库，内容为数据接收情况统计；sum_day数据库，内容为数据接收情况每天汇总；sum_year数据库，内容为数据接收情况每年汇总；sum_station数据库，内容为数据接收情况年终每站汇总；QC_file数据库，内容为观测数据质量情况；qualityreport_day数据库，内容为每天观测数据质量统计情况；RMSE数据库，内容为每年每站xyz坐标的中误差；XYZ数据库，内容为高精度GPS数据解算成果；XYZ_forecast数据库，内容为预测坐标及点位漂移判断结果；stationinfo数据库，内容为陆态网GNSS连续运行基准站简要信息及分区。以XYZ_forecast数据库和stationinfo数据库为例，其数据表结构如图3所示。

5 结束语

陆态网络基准网CORS系统数据处理是一项十分繁重且细致的工作[8]，与日常GPS数据处理不同的是，CORS系统观测数据产出周期固定且数据量巨大，因此设计一个高效稳定的CORS网络站点监测系统意义重大。本文根据长期管理维护陆态网络测站的管理经验，设计并初步实现了这样的系统架构，从而解放了大量前期人力重复性劳动，并为所有的测站使用人员提供完整的质量评估报告和参考。

[1] 地壳运动监测工程研究中心.中国地壳运动观测技术规程[M]. 北京：中国环境科学出版社，2005.6.

[2] 李江卫,刘经南,等.CORS系统稳定性监测数据处理与分析研究[J].《武汉大学学报》第35卷第7期，2010.

[3] 范士杰，郭际明，彭秀英.TEQC在GPS数据预处理中的应用与分析[J],《测绘信息与工程》，第29卷第2期，2004.

[4] 林爽,周宗君.TEQC 数据质量检查和界面开发[J]. 《地理空间信息》, 第7卷第4期， 2009.

[5] 李征航, 黄劲松. GPS测量与数据处理[M]. 武汉: 武汉大学出版社,2005.

[6] 田亮，孙付平等.基于GPS测站坐标残差序列的ARMA建模方法研究[J].大地测量与地球动力学，第32卷第2期，2012.

[7] 陈其超. 基于线性回归模型的重庆市港口物流需求分析[J].《技术与应用》,第32卷第8期, 2013.

[8] 张西军，唐卫明，曾广鸿.广州市CORS 系统实时动态定位精度测试[J].《测绘信息与工程》第33卷第5期，2008.

国家863项目（编号2013AA122501）