基于.NET的流動(dòng)GPS觀測(cè)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周 輝，馬 亮，王文青，任海軍，程 陳，王丹寧，鄭 蕊

（中國(guó)地震局 第二監(jiān)測(cè)中心，陜西 西安 710054）

利用GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)來(lái)獲得精確的定位和時(shí)間信息已成為當(dāng)今世界導(dǎo)航、勘測(cè)、測(cè)繪、工程抗震和地震記錄等許多領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，近幾年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。在我國(guó)的地震行業(yè)中GPS也已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用：以GPS觀測(cè)技術(shù)為主的中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)在2000年底建成[2]。GPS測(cè)量作為水準(zhǔn)測(cè)量之外的一種重要的形變監(jiān)測(cè)手段，正在獲得廣泛的應(yīng)用，與常規(guī)大地測(cè)量相比GPS有外業(yè)觀測(cè)簡(jiǎn)便、定位精度高、24 h全天候觀測(cè)、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)[3]。

流動(dòng)GPS觀測(cè)是流動(dòng)監(jiān)測(cè)一種重要手段。遵循中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)技術(shù)規(guī)程，目前流動(dòng)GPS觀測(cè)是采用由GPS作業(yè)小組在野外搭帳篷守點(diǎn)觀測(cè)這種模式。野外觀測(cè)期間，作業(yè)人員每天按時(shí)拿著筆記本電腦連接GPS接收機(jī)來(lái)完成下載、轉(zhuǎn)換、檢查的工作。在野外觀測(cè)的特殊條件下，這是一個(gè)相當(dāng)繁瑣的工作。日復(fù)一日的重復(fù)工作，中間難免會(huì)出差錯(cuò)。早上八點(diǎn)，在陽(yáng)光的映射下觀測(cè)員也很難看清筆記本電腦屏幕。因此需要一個(gè)輔助程序，通過(guò)簡(jiǎn)單操作來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，同時(shí)附加良好的語(yǔ)音提示告知作業(yè)人員檢查結(jié)果。基于目前的作業(yè)模式，GPS數(shù)據(jù)每次檢查完成后，備份在隨身攜帶的筆記本電腦和移動(dòng)硬盤上。在作業(yè)期間可能會(huì)發(fā)生電腦和移動(dòng)硬盤損壞或丟失，嚴(yán)重威脅GPS數(shù)據(jù)的安全。同時(shí)科研人員也無(wú)法及時(shí)獲取到最新的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)研究，尤其在地震應(yīng)急時(shí)更是如此，只能等GPS作業(yè)小組作業(yè)完成回到單位以后才能拿到“新”數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

1.1 功能需求分析

根據(jù)野外實(shí)際業(yè)務(wù)情況，軟件需具備以下功能：

1）能夠正確下載、轉(zhuǎn)換、檢查GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)文件，具有能夠一鍵操作完成的功能，并有相應(yīng)的語(yǔ)音提示；

2）能夠通過(guò)現(xiàn)有VPN通道上傳GPS數(shù)據(jù)文件。

目前流動(dòng)GPS觀測(cè)中使用的GPS接收機(jī)為Topcon NET-G3A，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序?yàn)門opcon公司提供的tps2rin，而質(zhì)量檢查工具則是TEQC。Tps2rin將從接收機(jī)下載到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通用的RINEX格式（Receiver INdependent EXchange format，即與接收機(jī)無(wú)關(guān)的交換格式）。TEQC（Translation，Editing and Quality Checking）是由 UNAVCO Facility（美國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與地殼形變觀測(cè)研究大學(xué)聯(lián)合體）研制的為地學(xué)研究GPS監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)管理服務(wù)的公開(kāi)免費(fèi)軟件，以GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核為核心，并具有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)編輯功能的軟件[4]。Tps2rin和TEQC功能完善并得到廣泛的應(yīng)用，但它們是基于命令行環(huán)境的軟件，沒(méi)有可視化的界面，一般用戶較難掌握其操作。

本系統(tǒng)將根據(jù)軟件工程的思想，以tps2rin和TEQC作為數(shù)據(jù)處理的核心引擎，利用Visual C#.NET 2008對(duì)流動(dòng)GPS觀測(cè)輔助系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

1.2 作業(yè)流程分析

現(xiàn)有實(shí)際作業(yè)流程如圖1所示，從下載數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)歸檔共有7個(gè)步驟，基本上每一步都要手動(dòng)干預(yù)，最終將數(shù)據(jù)保存到移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中。觀測(cè)任務(wù)結(jié)束以后，所有數(shù)據(jù)上交單位。最后研究人員才能利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

圖1 人工作業(yè)流程Fig.1 Manual processes flow chart

1.3 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是以廣大流動(dòng)GPS觀測(cè)人員為主要服務(wù)對(duì)象。提供良好的用戶界面，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔的操作流程，減輕野外觀測(cè)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(jī)通過(guò)FTP協(xié)議下載原始觀測(cè)數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換模塊利用官方提供的tps2rin程序?qū)⒃加^測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通用的RINEX格式。檢查模塊通過(guò)調(diào)用teqc程序檢查已轉(zhuǎn)換為通用格式的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并顯示檢查結(jié)果。上傳模塊是使用已有的VPN通道，將觀測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果上傳到服務(wù)器。系統(tǒng)功能總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of system function

2 關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1 利用Process類調(diào)用tps2rin和TEQC

tps2rin和TEQC是基于命令行的應(yīng)用程序，本系統(tǒng)調(diào)用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換和檢查數(shù)據(jù)的功能。.NET平臺(tái)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(guò)將Process對(duì)象實(shí)例化，設(shè)置StartInfo屬性并調(diào)用Start（）方法就可完成對(duì)外部程序的調(diào)用[5]。下面代碼是調(diào)用tps2rin程序轉(zhuǎn)換觀測(cè)數(shù)據(jù)的例子。

2.2 利用FtpWebRequest類實(shí)現(xiàn)文件下載、上傳

在.NET平臺(tái)中位于命名空間為System.Net中的FtpWeb－Request類實(shí)現(xiàn)了文件傳輸協(xié)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(tǒng)通過(guò)FTP協(xié)議從GPS接收機(jī)下載觀測(cè)的原始數(shù)據(jù)和將觀測(cè)數(shù)據(jù)和檢查結(jié)果通過(guò)VPN網(wǎng)絡(luò)上傳到單位內(nèi)部服務(wù)器上。

1）下面是下載觀測(cè)數(shù)據(jù)的核心代碼。首先將FtpWeb－Request類實(shí)例化并設(shè)置相關(guān)下載數(shù)據(jù)的參數(shù)，讀取到FTP服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，最后將讀取到的數(shù)據(jù)寫成文件。

2）下面是上傳觀測(cè)數(shù)據(jù)的核心代碼。首先讀取數(shù)據(jù)文件，接著將FtpWebRequest類實(shí)例化并設(shè)置相關(guān)上傳數(shù)據(jù)的參數(shù)，最后將讀取到的數(shù)據(jù)上傳到FTP服務(wù)器上。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)流動(dòng)GPS觀測(cè)作業(yè)環(huán)境惡劣、操作步驟繁瑣、不能及時(shí)利用觀測(cè)成果等特點(diǎn)，本系統(tǒng)結(jié)合野外作業(yè)現(xiàn)狀，在功能上力求滿足實(shí)際需要；采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)GPS觀測(cè)輔助系統(tǒng)。目前本系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在本單位的流動(dòng)GPS觀測(cè)中，極大提高了作業(yè)的效率，達(dá)到了預(yù)期的效果，今后將根據(jù)用戶的反饋繼續(xù)完善。

[1]殷海濤，李杰，張玲，等.基于GPS觀測(cè)網(wǎng)的山東地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)特征分析[J].西北地震學(xué)報(bào)，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(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，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(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)探討[J].北京測(cè)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(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用與分析[J].測(cè)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(shù)據(jù)質(zhì)量分析及預(yù)處理軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，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(shí)現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，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.