大型高精度GNSS基线向量网并行抗差估计

针对大型GNSS基线向量网的特点,在改进的相关观测抗差估计RECO方案的基础上采用并行计算技术进行相关抗差估计的并行计算(简称"并行抗差估计"),并给出了可行的解算步骤。通过算例分析,验证了大型GNSS基线向量网的并行相关抗差估计,不仅有效抑制了观测异常对参数估值的影响,而且显著提高了计算效率。     

GNSS大网双差模型并行快速解算方法

针对GNSS大网数据采用双差模型解算时存在时效性差的问题,提出了一种改进的独立双差观测值构建与独立基线并行解算的方法,采用并行技术实现多核并行与网络多节点并行的双层自动快速解算策略。通过对约375个IGS站1周的观测数据进行处理,改进的独立双差观测值选取方法比传统路径最短方法所选的单天全网独立双差数据平均多了53万个,E、N、U方向坐标重复性平均提升了14.0%、12.9%和29.2%。采用不同解算策略的计算结果表明,4台普通计算机的并行计算比传统串行方案的计算效率提升了14倍左右,如375个测站采用改进观测值构建方法的4节点并行方案仅需要35.62min,显著提高了整网双差的解算效率。     

非差模式的GNSS数据并行解算设计及实现

基于精密单点定位技术的非差模式是当前GNSS数据处理的主要策略之一。随着测站规模的增大,非差模式的处理时间也线性递增,传统的串行处理方法需消耗大量的计算时间。采用工厂模式和责任链模式实现了非差精密单点定位;利用轻量级的并行编程技术从底层设计并实现了基于任务的非差多核并行解算;进一步在网络多节点环境中建立并发布非差计算服务,实现了网络多节点协同并行解算GNSS数据。通过大量数据的测试与试验,验证了多核多节点的非差并行解算方案的高效性。试验结果表明,单节点多核并行、双节点网络并行、四节点网络并行、六节点网络并行的计算效率分别比单节点串行方案平均提高了2.74,5.30,9.38和14.69倍。     

多核环境下的GNSS数据并行处理研究

多核处理器已成为当前通用计算机体系架构的主流,相应的多核并行计算技术及其应用引起了越来越多的重视,而传统的GNSS数据处理程序都是针对单处理器体系架构编写的。本文对当前多核环境下多时段或者多测站的GNSS数据处理所涉及的计算密集型任务并行算法进行研究,分析了GNSS数据处理涉及的热点计算任务,提出基于分块理论的矩阵乘法运算、矩阵分解运算等数值计算并行方法,对比了单核和多核环境下的计算时间。通过多个算例验证多核并行设计方法的有效性,利用.NET4.0框架下的Parallel Extensions实现相关并行设计。实验结果表明,GNSS数据处理的多核并行计算能充分发挥多核体系带来的性能优势,极大提高资源利用效率和GNSS数据处理效率。     

不同历元间隔对GNSS数据处理精度的影响分析

随着CGCS2000坐标系在我国测绘地理信息行业的全面应用,各地市陆续构建了高精度GNSS网,并建立了更高精度的区域似大地水准面模型.以华南沿海区域GNSS-B级框架网为例,利用GAMIT/GLOBK分析了10 s、15 s、20 s、25 s和30 s的历元间隔对基线解算成果以及平差计算结果精度的影响.结果表明,历元间隔越小,随着观测量的增加,基线解算精度能达到cm级的提高,平差精度能达到mm级的提高;总体平差结果坐标值较差为亚mm级,因此考虑到后续区域似大地水准面模型的精化计算,宜采用较小的历元间隔.     

CGCS2000框架维持方法分析

针对目前国内各GNSS应用在归算到2000国家大地坐标系（CGCS2000）时常采用强制符合及拟稳平差方法存在的问题及局限性,利用国家测绘地理信息局收集的全国近1 800个连续运行参考站（Continuously Operating Reference Stations,CORS）连续观测1个月的数据进行数据处理得到的基线解,分别基于强基准拟稳平差方式及顾及板块运动的速度场归算方法获得测站在CGCS2000下的坐标,分析两者的差异及误差分布情况,指出对于省级CORS站纳入CGCS2000的情况,采用强制符合拟稳平差方法所基于的基准站必须考虑板块的运动趋势进行CGCS2000归算,否则平差结果与CGCS2000最大差异将达到dm量级。     

江门市高精度GNSS控制网数据处理技术研究

针对华南沿海城市的高精度的CGCS2000大地基准建设要求,分别从基线解算与网平差计算两方面的策略进行探讨分析,建立以江门市为例的高精度大地基准框架。结果表明采用高精度的GAMIT/GLOBK数据处理软件,设置较小的采样间隔和增加一定的观测时长,能为高精度的CGCS2000大地基准建设提供借鉴参考,也为后续的似大地水准面精化提供高精度的大地基准数据基础。     

顾及系统参数的GNSS基线网平差及软件设计

针对使用GNSS技术获取高精度的CGCS2000坐标网平差理论与程序优化设计问题,笔者详细地阐述了基于GAMIT/GLOBK软件的独立基线提取、随机模型生成、系统参数与误差模型、基线粗差处理、程序运行效率等功能开发了网平差软件,采用我国东北部某区域连续运行基准站数据与GLOBK结果比对分析,结果表明:软件模型准确、平差结果可靠、计算效率快,可满足高精度网平差要求。     

基于GNSS的CGCS2000数据处理技术综述

2000国家大地坐标系（CGCS2000）发布后的推广使用不仅涉及大量参心坐标系下的成果转换,同时也涉及基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）手段获得的点位坐标的归算。获取GNSS观测数据和将其归算到CGCS2000采用的策略方法不同,如参考站选择原则不同,整网平差前的分区方案不同以及采用不同的方法将位置从当前历元改正到CGCS2000等,将会使最终的CGCS2000系下的坐标差异较大,最大可达到分米级。造成这种结果的原因在于GNSS数据处理的多个环节中依赖数据处理软件操作者的理解,存在人为的选择,换言之,GNSS数据处理缺乏科学的规则为依据。鉴于此,采用一种统计方法,即监督聚类作为参考站选择规则;采用间距分区法进行区域划分;并用板块运动归算方法将当前历元位置改正到CGCS2000。其中基于间距分区方案的站坐标解算精度优于区域划分方案,三维方向的坐标精度优于2 mm。通过以上方案设计,X、Y、Z方向上的速度从0.92、0.72、0.97 mm/a分别降至0.19、0.45、0.32 mm/a,优化和改进了CGCS2000框架维持精度。     

达州独立坐标系平面控制网测量方法探讨

达州市独立坐标系GNSS网测量中,联测6个IGS参考站点,按B级网的要求解算出了4个控制点在CGCS2000椭球下的独立坐标,并将此作为GNSS控制网的起算数据对剩余23个GNSS控制点进行了平差处理,经过实例分析,该方法可以满足独立坐标系建立要求。     

基于超算的全球电离层模型快速并行解算

为应对日益丰富的观测数据以及数据再处理对高性能计算的需求,开发了基于OpenMP以及MPI（Message Passing Interface）并行计算的全球电离层快速建模算法。采用武汉大学超级计算机对全球电离层建模效率进行了不同并行计算方案的实验。结果表明,采用多节点MPI并行计算能够极大地提高数据处理效率,相比传统单节点串行计算提高了近30倍,相比单节点OpenMP并行计算提高了近3~4倍。MPI并行计算方案充分利用了丰富的计算机资源来提高全球电离层建模效率,对电离层建模算法的快速测试、产品的重新再处理具有重要作用,对多系统全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）快速精密定轨、大规模GNSS网解也有较好的参考价值。     

全球电离层模型的分布式并行解算

为满足GNSS数据处理效率不断提升的需求,提出并开发了一套分布式并行计算框架,并基于该框架实现了全球电离层模型的分布式并行解算。采用2台服务器和4台台式机,对全球电离层建模分别测试了单机多线程、多机分布式等并行计算方案,并分析了不同方案建模的数据处理效率。结果表明,采用多线程并行计算可以大幅提高数据处理效率,且当开启线程数与计算机CPU核心数一致时效率提升最佳;采用多机分布式并行计算可进一步提高数据处理效率,使用4台台式机相对于单台台式机解算时间减少约60%,使用2台服务器相对于单台服务器解算时间减少约18%;采用分布式并行计算方案,可充分利用多台计算机资源来提高全球电离层建模效率,对电离层产品快速发布、建模算法的测试等具有重要的意义,对多系统GNSS精密定轨与定位、大网解算也具有很好的参考价值。     

大规模GNSS数据的分布式处理与实现

利用分布式计算的高性能计算、传输和存储能力,解决常规集中式大规模GNSS数据处理中观测站规模受限和时效性差的问题。讨论了GNSS数据的分布式处理方法、算法设计、处理策略和对已有软件的利用,并对GNSS数据进行了分布式计算试验,试验结果表明,基线解算中,8个节点的加速比达到了6.39;网平差计算中,4个节点的平均加速比达到了3.04。     

大规模GNSS基准站网快速同步处理方法研究

目前我国GNSS连续运行基准站网已基本建设完毕,全国范围内建设完成约2000个GNSS连续运行基准站。随着站点规模的加大,数据计算的效率也迫切需要提高,采用传统的高精度数据处理软件已适应不了大规模GNSS网的数据解算要求。本文基于BERNESE5.2软件研究了我国“陆态网络工程”260个基准站的大规模GNSS网同步数据处理方法,通过修改源程序及利用并行计算技术,成功实现了陆态网络基准站快速、高效、高精度的数据计算能力。实例验证表明,陆态网络单天260个站的数据在无需分区的情况下,可在1 h内获得全球框架下的约束解,解算的框架点坐标精度在毫米量级,大大提高了国家数据中心的大规模GNSS网数据处理能力。     

An enhanced strategy for GNSS data processing of massive networks

Although the computational burden of global navigation satellite systems (GNSS) data processing is nowadays already a big challenge, especially for huge networks, integrated processing of denser networks with data of multi-GNSS and multi-frequency is desired in the expectation of more accurate and reliable products. Based on the concept of carrier range, in this study, the precise point positioning with integer ambiguity resolution is engaged to obtain the integer ambiguities for converting carrier phases to carrier ranges. With such carrier ranges and pseudo-ranges, rigorous integrated processing is realized computational efficiently for the orbit and clock estimation using massive networks. The strategy is validated in terms of computational efficiency and product quality using data of the IGS network with about 460 stations. The experimental validation shows that the computation time of the new strategy increases gradually with the number of stations. It takes about 14 min for precise orbit and clock determination with 460 stations, while the current strategy needs about 82 min. The overlapping orbit RMS is reduced from 27.6 mm with 100 stations to 24.8 mm using the proposed strategy, and the RMS could be further reduced to 23.2 mm by including all 460 stations. Therefore, the new strategy could be applied to massive networks of multi-GNSS and multi-frequency receivers and possibly to achieve GNSS data products of higher quality.