不同軟件處理GPS數(shù)據(jù)成果比較

王熠方，任 超，鄭中天，劉海鋒，盧獻(xiàn)健

（1.桂林理工大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

不同軟件處理GPS數(shù)據(jù)成果比較

王熠方1,2，任 超1,2，鄭中天1,2，劉海鋒1,2，盧獻(xiàn)健1,2

（1.桂林理工大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

不同的GPS數(shù)據(jù)處理軟件在功能特點(diǎn)、運(yùn)行程序、解算精度等方面有所區(qū)別。采用3個(gè)國(guó)產(chǎn)商業(yè)軟件HGO軟件、CGO軟件和南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件處理同一組GPS靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)各軟件的解算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出它們各自的特點(diǎn)，為測(cè)量活動(dòng)和科研工作提供經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。

基線解算；同步閉合環(huán)解算；對(duì)比分析；國(guó)產(chǎn)商業(yè)軟件

GPS數(shù)據(jù)處理是GPS研究的一個(gè)重要內(nèi)容。目前，GPS數(shù)據(jù)處理軟件主要分為商業(yè)GPS數(shù)據(jù)處理軟件和科研GPS數(shù)據(jù)處理軟件[1]。雖然不同軟件在數(shù)據(jù)處理方法上各有特點(diǎn)，但總體結(jié)構(gòu)基本上是一致的，即由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、軌道計(jì)算、模型改正、數(shù)據(jù)編輯和參數(shù)估計(jì)5部分組成[2]。

1 GPS數(shù)據(jù)處理軟件

1.1 HGO數(shù)據(jù)處理軟件

中海達(dá)GPS數(shù)據(jù)處理軟件（HGO）是由廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的GPS數(shù)據(jù)處理和管理綜合軟件。該軟件解算精度高、使用方便，比較容易學(xué)習(xí)。在該軟件中可以同時(shí)處理基線、同步閉合環(huán)、異步環(huán)等內(nèi)容[3]。HGO數(shù)據(jù)處理流程為：

1） 在“工具”欄中，將待處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為RINEX模式，如圖1。

圖1 RINEX格式轉(zhuǎn)換

2） 在HGO軟件“文件”欄中建立一個(gè)“新建項(xiàng)目”并完成“新建項(xiàng)目”的基本信息，如圖2。

3） 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入HGO軟件中，在“解算設(shè)置”中設(shè)置高度截止角、采樣間隔和最小歷元等信息。點(diǎn)擊“處理全部基線”得到處理結(jié)果，如圖3。

圖2 新建工程

圖3 解算設(shè)置

4） 在“基線殘差序列”中要對(duì)信號(hào)接收不理想的部分進(jìn)行刪除，然后再次進(jìn)行“處理全部基線”，這樣可以提高處理數(shù)據(jù)的可靠度，如圖4。

圖4 殘差處理

1.2 CGO數(shù)據(jù)處理軟件

華測(cè)Compass軟件（CGO）是由上海華測(cè)導(dǎo)航技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的全中文界面的GPS數(shù)據(jù)處理軟件。該GPS數(shù)據(jù)處理軟件操作非常簡(jiǎn)單便捷，新手比較容易學(xué)習(xí)[4]。軟件有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、參數(shù)靜態(tài)基線處理、星歷預(yù)報(bào)、項(xiàng)目管理、閉合差搜索、網(wǎng)平差、成果輸出、坐標(biāo)系統(tǒng)管理及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等功能[5]。CGO軟件具有國(guó)產(chǎn)軟件特有優(yōu)勢(shì)，即很好的兼容性，除了可以處理華測(cè)本公司開(kāi)發(fā)的GPS數(shù)據(jù)接收機(jī)數(shù)據(jù)外，還可以處理其他GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)[6]。CGO數(shù)據(jù)處理流程：

1） 如果不是標(biāo)準(zhǔn)文件，可以在“工具”欄中先將文件轉(zhuǎn)化為RINEX格式，如圖5。

圖5 RINEX轉(zhuǎn)換

2） 打開(kāi)CGO軟件，建立一個(gè)“新建項(xiàng)目”并完成所需要的信息和設(shè)置，如圖6。

圖6 新建項(xiàng)目

3） 導(dǎo)入數(shù)據(jù)，在基線解算設(shè)置中完成“高度截止角”“采樣間隔”等設(shè)定，如圖7。

圖7 基線處理設(shè)置

4） 進(jìn)行基線解算，在“殘差數(shù)據(jù)觀測(cè)值”中完善數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)處理結(jié)果更加可靠，如圖8。

圖8 殘差處理

1.3 南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件

南方GPS是由廣州南方測(cè)繪有限公司開(kāi)發(fā)的GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理軟件，可以處理一些其他接收機(jī)的數(shù)據(jù)，該軟件也是全中文界面，方便在國(guó)內(nèi)的普及[7]。

1） 如果待處理數(shù)據(jù)不是南方GPS格式的數(shù)據(jù)，需要將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)RINEX格式數(shù)據(jù)，如圖9。

圖9 RINEX轉(zhuǎn)換

2）打開(kāi)軟件，在“文件”欄中點(diǎn)擊“新建項(xiàng)目”完成項(xiàng)目信息以及必要的設(shè)置，如圖10。

圖10 新建項(xiàng)目

2） 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中，選定好“高度截止角”“采樣間隔”等設(shè)置，如圖11。

圖11 基線處理設(shè)置

3） 進(jìn)行基線解算，得出結(jié)果，如圖12。

圖12 殘差處理

2 實(shí)例對(duì)比分析

為了探討和分析HGO軟件、CGO軟件和南方GPS的數(shù)據(jù)處理效果，將三種軟件在同一“高度截止角”、“采樣間隔”和“最小歷元”的設(shè)置下分別處理同一組靜態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的基線和同步閉合環(huán)處理結(jié)果來(lái)比較各軟件的性能[8]。外業(yè)地點(diǎn)為桂林理工大學(xué)雁山校區(qū)；實(shí)驗(yàn)儀器有7臺(tái)南方靜態(tài)GPS接收機(jī)、7 塊已充電的鋰電池、7套對(duì)點(diǎn)器基座以及7個(gè)鋁合金三腳架；實(shí)驗(yàn)要求為基準(zhǔn)站設(shè)置在周圍視野開(kāi)闊的區(qū)域，高度截止角15°，每次采樣時(shí)間為2 h。各軟件的基線處理結(jié)果如表1所示，同步閉合環(huán)在x、y、z方向上的閉合差見(jiàn)表2、3、4以及圖13、14、15、16。

表1 基線處理結(jié)果比較

圖13 基線解算的中誤差

從表1和圖13可看出，HGO軟件與CGO軟件得到的基線長(zhǎng)度值非常相近，而南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件所得到的基線解算中誤差與HGO和CGO相差較大。當(dāng)基線長(zhǎng)度比較短時(shí)（1 000～3 000 m）南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件的誤差要比HGO和CGO大；當(dāng)基線比較長(zhǎng)時(shí)（3 000～5 000 m）南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件的誤差要比HGO和CGO小。所以在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)基線較短時(shí)，可以用HGO和CGO軟件處理靜態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)基線較長(zhǎng)時(shí)，用南方數(shù)據(jù)處理軟件，這樣可以提高數(shù)據(jù)成果的可靠性。

從表2可得三種軟件在解算同步閉合環(huán)x方向上的閉合差時(shí)，HGO的誤差絕對(duì)值為0．005 m，CGO的誤差絕對(duì)值為0．002 m,南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件的誤差絕對(duì)值為0．009 m。圖14表明，CGO的閉合差曲線基本呈一條直線分布，說(shuō)明CGO的解算穩(wěn)定度高，HGO有個(gè)別點(diǎn)的波動(dòng)性較大，南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件誤差最大且不穩(wěn)定。

表2 同步閉合環(huán)在x方向上閉合差的比較/m

圖14 X方向上的閉合差

表3 同步閉合環(huán)在y方向上的閉合差比較/m

圖15 Y方向上的閉合差

從表3可以得出，3種軟件在解算同步閉合環(huán)Y方向上的閉合差時(shí)，HGO的誤差絕對(duì)平均值為0．002 m，CGO的誤差絕對(duì)平均值為0．001 m，南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件的誤差絕對(duì)平均值為0．009 m。這說(shuō)明CGO和HGO的解算精度較高。圖15表明CGO和HGO的閉合差曲線比較平穩(wěn)而南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件的閉合差曲線波動(dòng)較大。

表4 同步閉合環(huán)在z方向上的閉合差比較/m

圖16 Z方向上的閉合差

從表4可得三種軟件在解算同步閉合環(huán)z方向上的閉合差時(shí)，HGO的誤差絕對(duì)平均值為0．004 m，CGO的誤差絕對(duì)平均值為0．001 m，南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件為0．009 m。圖16表明CGO的閉合差曲線基本是一條直線，HGO的閉合差曲線稍有波動(dòng)，南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件的閉合差曲線波動(dòng)最大。

由表2、3、4和圖14、15 、16可知，無(wú)論是在x、y或者z方向上，CGO軟件解算同步閉合環(huán)的閉合差始終是最小的而且數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，而南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件的閉合差比較大。綜上，在解算閉合環(huán)閉合差時(shí)，CGO軟件的數(shù)據(jù)可靠性最高，HGO軟件的數(shù)據(jù)可靠性次之，南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件最差。

從操作的難易程度上講，由于3種軟件都是國(guó)產(chǎn)軟件，其界面是全中文界面，界面內(nèi)容比較直觀，容易學(xué)習(xí)，且數(shù)據(jù)處理流程比較簡(jiǎn)潔，符合國(guó)人的操作習(xí)慣，得到的結(jié)論報(bào)告也都比較全面，因此，在操作的難易方面，這3種軟件并沒(méi)有太大的差別，都比較容易學(xué)習(xí)和操作。

3 結(jié) 語(yǔ)

HGO 軟件、CGO軟件和南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件在基線和閉合環(huán)的解算中精度有優(yōu)劣之分。在基線解算中如果基線長(zhǎng)度較短，HGO軟件和CGO軟件的解算精度比南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件高，當(dāng)基線長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件的解算精度比HGO軟件和CGO軟件要高。在同步閉合環(huán)解算過(guò)程中，CGO軟件的解算精度最好，HGO軟件次之，南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件最差。因此，在實(shí)際生產(chǎn)解算靜態(tài)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，當(dāng)基線較短時(shí)，可以用HGO和CGO軟件處理基線，當(dāng)基線較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)該用南方數(shù)據(jù)處理軟件。當(dāng)解算同步閉合環(huán)時(shí)，應(yīng)該用CGO軟件來(lái)提高解算精度。由于本文只是采用同一條件下的靜態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)于不同觀測(cè)條件以及觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度的處理效果需要進(jìn)一步分析。

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P228

B文章編號(hào)：1672-4623（2017）06-0054-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.016

2016-03-22。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41461089）；廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2014GXNSFAA118288）；廣西“八桂學(xué)者”崗位專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目；廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目（桂科能1207115-07，130511407）。

王熠方，碩士研究生，研究方向?yàn)镚PS數(shù)據(jù)處理及工程應(yīng)用研究。