顧煥杰,黨學(xué)會

(中國地震局第一監(jiān)測中心,天津300180)

?

Bernese在Windows系統(tǒng)下的安裝與應(yīng)用

顧煥杰,黨學(xué)會

(中國地震局第一監(jiān)測中心,天津300180)

Bernese數(shù)據(jù)處理軟件是目前處理高精度GPS數(shù)據(jù)方面最優(yōu)秀的軟件之一,現(xiàn)在最新的版本為5.2。本文介紹了Bernese5.2在Windows7系統(tǒng)下的安裝方法及數(shù)據(jù)處理過程,并通過實例來分析其進行網(wǎng)平差后所得到的坐標結(jié)果是可靠的。

Bernese;Windows;安裝;網(wǎng)平差

0 引 言

目前國際上有幾個比較有名的高精度GPS科研分析軟件,即美國麻省理工學(xué)院和美國加利福尼亞大學(xué)海洋研究所共同研究開發(fā)的GAMIT軟件、德國GFZ研究開發(fā)的EPOS軟件、美國噴氣動力實驗室研究開發(fā)的GIPSY軟件以及瑞士伯爾尼大學(xué)研究開發(fā)的Bernese軟件。其中Bernese軟件有別于以上幾個軟件,以其既能處理GPS 雙差數(shù)據(jù),也能處理GPS非差數(shù)據(jù),而且該軟件雖具有商業(yè)性質(zhì),但能提供源代碼,適合用戶進行二次開發(fā)等優(yōu)點,一直被地球動力學(xué)、衛(wèi)星重力測量、大氣研究、地震監(jiān)測等領(lǐng)域廣泛使用[1-3]。本文介紹了Bernese5.2在Windows7系統(tǒng)下的安裝與應(yīng)用,希望對Bernese的用戶有所幫助。

1 Bernese5.2軟件的安裝

Bernese5.2軟件適用于Windows各系統(tǒng)(98/2000/XP)和UINX 系統(tǒng)等軟件平臺,因其在Windows系統(tǒng)下操作界面為圖形界面,所以使用更為方便。以常用的Windows 7操作系統(tǒng)為例介紹安裝步驟。

1.1 安裝環(huán)境要求

Bernese5.2 軟件的安裝僅需要大約500 Mb的硬盤空間,不過需要為存放自己的數(shù)據(jù)提供足夠的硬盤空間(數(shù)據(jù)存放于GPSDATA目錄下),軟件運行過程中所產(chǎn)生的臨時文件可能需要幾個G的硬盤空間。另外,該軟件運行還需要Perl 5軟件支持,其當(dāng)前的版本可以運行“perl-v”命令進行查詢。

1.2 安裝前準備

1) 用戶可以在http://www.bernese.unibe.ch/order/地址下載申請表格,填寫后經(jīng)軟件研發(fā)組審核,審核通過后交納一定費用即可獲得Bernese5.2 軟件包。該軟件包包含以下文件:

content.txt:光盤的內(nèi)容;SETUPBERN52.EXE: Bernese 5.2軟件主程序;SETUPGPSUSER52.EXE: 用戶環(huán)境程序;SETUPGPSTEMP.EXE:臨時用戶環(huán)境程序;SETUPCAMPAIGN52.EXE:工程目錄程序;SETUPDATAPOOL.EXE: 數(shù)據(jù)池程序;SETUPSAVEDISK.EXE: 數(shù)據(jù)保存程序;ZIPEXEexe_aiub_32.zip: 32位系統(tǒng)可執(zhí)行文件(默認);ZIPEXEexe_aiub_64.zip 64位系統(tǒng)可執(zhí)行文件;READMEINSTALL.TXT:安裝過程的描述;READMEJPL_EPH.TXT:JPL星歷文件制作;READMEFIRST_STEPS.TXT:第一次運行軟件的描述;READMEV50_TO_V52.TXT:Bernese5.0版本到Bernese5.2轉(zhuǎn)換描述;READMEUPDATE.TXT:軟件更新過程的描述READMEDOCU52.pdf: Bernese5.2版本用戶手冊;READMETUTORIAL.pdf: 入門教程。

2)下載Perl軟件包,用戶可以從http://www.activestate.com/activeperl/地址下載Activ-ePerl-5.18.2.1801-MSWin32-x86-64int-297964.msi 文件。

1.3 Bernese安裝步驟

1.3.1 Bernese5.2 軟件安裝

按如下順序依次安裝光盤中的可執(zhí)行文件:

1) BERN52

2) GPSUSER52 (需要同時安裝 GPSTEMP)

3) CAMPAIGN52 (需要同時安裝DATAPOOL 和 SAVEDISK)

上述每個安裝向?qū)н€可單獨安裝。每一個設(shè)置向?qū)⑾鄳?yīng)的目錄復(fù)制到你的硬盤并且為用戶建立環(huán)境變量。在安裝過程中安裝向?qū)⒛J安裝在C盤,個人建議將軟件和其他組件安裝在另一個分區(qū)。

通常,Bernese軟件在每臺計算機的Windows平臺上只有一個用戶可以使用。然而,一個多用戶環(huán)境的建立可以基于一個臺式電腦Windows服務(wù)器提供的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器。在這種情況下,BERN52、GPSDATA、DATAPOOL、CAMPAIGN52和SAVEDISK應(yīng)該安裝在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器上,而GPSUSER52和GPSTEMP安裝在用戶的本地臺式電腦上。注意,環(huán)境變量必須定義在所有使用該軟件的計算機上(從不同的電腦相同的目標區(qū)域運行安裝向?qū)r注意不要產(chǎn)生任何干擾,個人認為手動復(fù)制Bernese相關(guān)環(huán)境變量是較為方便且安全的)。下面就每個步驟的安裝進行詳細描述。

-BERN52的安裝：運行BERN52.exe

按照設(shè)置向?qū)нx擇安裝目錄:

…BERN52BPE perl語言主要的模塊和腳本

GPS 一般文件、幫助文檔、主輸入面板、腳本等

INC 主要的Fortran模塊和腳本

LIB Fortran 子程序和子模塊

MENU 用戶界面(菜單程序)

PGM Fortran主要處理程序

此安裝將在注冊表中設(shè)置新的用戶環(huán)境變量,這些變量是:

VERSION Bernese版本號

C安裝過程中所選擇BERN52的位置

X一般文件和腳本的位置

XG主程序可執(zhí)行文件的位置BERN52PGMEXE_AIUB

XQ菜單可執(zhí)行文件的位置BERN52MENU

BPE安裝過程中所選擇BPE的位置BERN52BPE

I Fortran主要模塊和腳本的位置BERN52INCFOR

LG Fortran常規(guī)模塊庫的位置BERN52LIBFOR

FG主程序源的位置BERN52PGMFOR

USER用戶名變量

BERNESE_VARIABLES 運行BPE用戶腳本,變量列表顯示“P T X U USER”

BPE_SERVER_HOST BPE主機名稱

F_VERS 改變編譯器的名字,如果想通過自己編譯源代碼

F_VERS_LIST 額外的Fortran編譯器列表

OS_NAME 操作系統(tǒng)“WIN32”

QTBERN QT庫(僅用于編譯路徑菜單)

CGROUP 測試AIUB

以上為32位系統(tǒng)下,64位系統(tǒng)的話只需在光盤目錄下找到ZIPEXEexe_aiub_64.zip,將這些文件復(fù)制到BERN52PGMEXE_AIUB目錄下并替換32位可執(zhí)行文件即可。

-GPSUSER52的安裝

在光盤目錄下運行GPSUSER52.EXE。安裝GPSUSER52時沒有必要在BERN52下創(chuàng)建子目錄。它包含運行BPE所需的所有文件。

-GPSTEMP

在光盤目錄下運行GPSTEMP.EXE 即可。

-CAMPAIGN52 (需要同時安裝DATAPOOL和SAVEDISK)

在光盤目錄下運行CAMPAIGN52.EXE,設(shè)置向?qū)⒔⒆畛醯腃AMPAIGN52目錄。(請注意用于Bernese環(huán)境下所有變量的UNIX-syntax也同樣用于Windows平臺上)。安裝成功之后,一個新的“CAMPAIGN52”圖標應(yīng)該出現(xiàn)在你的桌面。隨著時間的推移,這一領(lǐng)域會占用大量的磁盤空間。一定要將它安裝在一個合適的磁盤/分區(qū)。尤其是GPSDATA不應(yīng)位于C:分區(qū)。

-DATAPOOL

默認情況下,數(shù)據(jù)庫將在CAMPAIGN52.EXE安裝向?qū)У淖詈蟀惭b,也可在光盤目錄下運行DATAPOOL.EXE.

-SAVEDISK

默認情況下,SAVEDISK將在CAMPAIGN52.EXE安裝向?qū)У淖詈蟀惭b,也可在光盤目錄下運行SAVEDISK.EXE。

1.3.2 Perl軟件安裝

將之前下載的Perl軟件包解壓,進行安裝。

1.3.3 確認安裝

Bernese5.2軟件安裝完畢后會建立一些環(huán)境變量,這些環(huán)境變量代表Bernese5.2軟件運行時常用的路徑。這時,需要重啟計算機以使這些新的環(huán)境變量可用。至此,雙擊桌面上的“Bernese5.2”圖標即可啟動Bernese5.2軟件。

1.3.4 制作DE405.EPH星歷文件

DE405.EPH星歷文件是用來計算太陽、月亮和行星的萬有引力以確定衛(wèi)星軌道,它是用Bernese5.2軟件進行數(shù)據(jù)計算所必須的,其制作方法可以參閱README/JPL_EPH.TXT。制作完成后將其存放于“GEN”文件夾下,才能保證軟件的正常運行。需要注意的是不能使用原來的“DE200.EPH”星歷文件。

1.3.5 軟件升級

為了保證Bernese軟件為最新版本,經(jīng)過軟件研究團體的不斷開發(fā)和維護,并時常對軟件進行完善和改進,所以軟件在安裝完后也需要不斷升級。用戶可選擇使用CD盤升級或者選擇網(wǎng)絡(luò)下載升級包升級。網(wǎng)絡(luò)升級的方法為:在命令提示符里輸入“perl %X% EXE configure.pm”,選擇“2 …Install online updates”,命令行就會提示軟件當(dāng)前安裝的版本和需要更新的版本,根據(jù)提示信息對軟件進行升級直到?jīng)]有新的更新包可用[4-10]。

2 Bernese 軟件數(shù)據(jù)處理方法

Bernese軟件具有眾多功能,因此其數(shù)據(jù)處理方法也不是唯一的。 由于GPS數(shù)據(jù)處理最為經(jīng)典的應(yīng)用就是根據(jù)觀測值求解測站的坐標,因此下面給出GPS數(shù)據(jù)雙差處理精確求解測站坐標的幾個基本步驟。

2.1 處理數(shù)據(jù)的準備

在處理數(shù)據(jù)之前需要把RINEX格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Bernese二進制格式文件。還需要準備好觀測文件、星歷文件、更新數(shù)據(jù)處理所需的表文件(更新網(wǎng)址為:http://www. aiub. unibe.ch/download/BSWUSER50/GEN/)。

2.2 衛(wèi)星軌道標準化

衛(wèi)星星歷可以在精密星歷和廣播星歷中選擇其一。Bernese軟件在軌道部分有PRETAB程序和ORBGEN程序。

2.3 計算接收機時鐘改正量

使用CODSPP程序計算接收機時鐘改正量,同時提供后驗的均方根誤差值在其輸出文件中。

2.4 形成基線文件

使用SNGDIF程序形成基線文件,根據(jù)選定的準則使其在整個處理網(wǎng)中形成獨立的基線單差文件。通常選用最大觀測值準則(OBSMAX),也可以用人工方式或其他標準來定義基線。

2.5 相位觀測值預(yù)處理

預(yù)處理相位觀測值的核心程序是MAUPRP,該程序既能處理非差數(shù)據(jù)也能處理單差數(shù)據(jù)。

2.6 參數(shù)估計

在Bernese中參數(shù)估計有兩個主要程序,第一個是GPSEST,該程序是基于原觀測值來求解參數(shù);第二個是ADDNEQ 2,該程序則是基于偽觀測值來求解參數(shù)。通常采用QIF(Quasi-Ionosphere-Free)求解模糊度,并忽略基線的相關(guān)性,逐條基線求解。歷元參數(shù)通常需要先預(yù)消除,然后在法方程層次上回代求解。

2.7 多時段綜合解

多時段綜合解需用的程序為ADDNEQ 2,將上一步驟所得的各時段全部基線解作為偽觀測值再進行平差,使參數(shù)解更為精確,或者用來反演地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、測站速度等其他參數(shù)。

3 實例分析

Bernese和GAMIT一樣,采用的是雙差模式進行處理。Bernese處理一般分為兩個步驟,首先利用GPSEST解算子網(wǎng)單日解,再利用ADDNEQ 2將單日解進行整體平差。Bernese軟件在處理同步觀測數(shù)據(jù)時只處理獨立基線邊,可利用多個CPU進行并行處理或多臺工作站同時處理,由計算程序、菜單程序及自動化驅(qū)動程序三大部分構(gòu)成。為了提高GPS數(shù)據(jù)處理精度,Bernese軟件中有多種模型改正,如海潮改正、固體潮汐改正、極潮改正、相對論改正、天線絕對相位模型改正和電離層改正等等。

為了驗證Bernese的實際解算精度,本文選取了2014年浙江省境內(nèi)9個基本站9天的數(shù)據(jù)進行解算(本次計算采用的主要模型如表1所示。計算采用IGS提供的IGB08.FIX框架點文件(IGS08的升級版,去除了IGS08中一些因地震等地殼運動活躍影響較大站點,增加了一些較為穩(wěn)定站點),這也是IGS數(shù)據(jù)解算中心以及Bernese軟件目前推薦的解算框架。

為了將區(qū)域解納入到ITRF2008參考框架,在單日解數(shù)據(jù)處理時聯(lián)立區(qū)域IGS站進行整網(wǎng)平差,得到基于ITRF2008框架下的坐標。限于篇幅本文只選擇2014年3個基本站的數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)換到GAMIT軟件的N、E、U坐標系統(tǒng)下,得到各個站點的時間序列圖(圖1示出了2014年浙江省境內(nèi)3個基本站年積日287～296日三方向時間序列,出于數(shù)據(jù)保密的考慮,數(shù)據(jù)做了部分處理)。

表1 Bernese解算主要模型

圖1 2014年浙江省境內(nèi)3個基本站年積日287-296日三方向時間序列

從圖1可以看出,誤差分布比較均勻,表現(xiàn)了E、N分量精度相對較高,U分量精度較低的特性。

4 結(jié)束語

通過對Bernese的安裝介紹以及實例的講解,說明了Bernese進行網(wǎng)平差后所得到的坐標結(jié)果是可靠的。然而,Bernese是一款較為復(fù)雜的GPS處理軟件,在實際使用時,會遇到各種各樣的問題,這就需要在實踐中不斷地摸索總結(jié),以便掌握其中各項參數(shù)的設(shè)置與含義,為以后的二次開發(fā)做好準備。

[1] DACH R,HUGENTOBLER U, FRIDEZ P,etal. The bernese GPS software bersion5.0.[M].Astro-nomical Institute, University of Bern, January,2007.

[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.

[3] 郭英. 基于BERNESE V4.2軟件的GPS動態(tài)定位研究[M].青島:山東科技大學(xué),2004.

[4] 孟黎,徐杰,任超. Bernese GPS 4.2版本數(shù)據(jù)處理軟件的使用及常見錯誤分析[J].全球定位系統(tǒng),2007, 32(3):42-46.

[5] 周利,匡翠林.Bernese高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件介紹及其應(yīng)用實例[J].測繪與空間地理信息, 2007,30(5):110-113.

[6] 劉志廣,占偉,孟憲剛. Ubuntu系統(tǒng)平臺的GAMIT/GLOBK 10.35安裝詳解[J].全球定位系統(tǒng), 2009,34(5):52-56.

[7] 鄭作亞. Bernese GPS 4.2版本數(shù)據(jù)處理軟件的介紹與探討[J].中國科學(xué)院上海天文臺刊,2003(24):143-149.

[8] 占偉. Bernese 5.0軟件的安裝與使用[J].全球定位系統(tǒng),2010(1):48-51.

[9] 王恒信,郭祥云,李艷娥,等.地球自轉(zhuǎn)對強震震中附近中小地震的影響[J].地震地磁觀測與研究,2013,34(5/6):52-60.

[10] 劉垚. GAMIT/GLOBK在Linux系統(tǒng)下的安裝與應(yīng)用[J].北京測繪,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

??歷文件標識

顧煥杰 (1988-),男,青海西寧人, 助理工程師,主要從事GPS測量及相關(guān)研究工作。

黨學(xué)會 (1984-),男，河南商丘人，工程師，主要從事GPS測量及數(shù)據(jù)處理工作。

聯(lián)系人： 顧煥杰 E-mail: dzj_guhuanjie@163.com