2016, Vol. 41引用本文 |
| GAMIT自处理命令sh_gamit应用浅析 |  [PDF全文] |
2. 中科院测量与地球物理研究所，湖北 武汉，430077
2. Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430077，China
经过近30年的发展，全球定位系统(global positioning system,GPS)技术已经应用到多个学科的各个领域。GPS相对定位精度高，已经取代了常规三角测量，成为获取地面控制点坐标的主要手段。为了得到GPS数据较好的解算结果，GPS数据处理也越来越重要。为了提高数据的解算精度，在GPS数据处理软件中，现在已经到了通过精化模型和改进的误差改正方法来提高解算精度的阶段。在解算长基线和高精度的大型工程数据时，因为随GPS接收机附带的软件中应用的模型简单或是缺少必要的模型，所以已经不能满足这么高精度的要求。通过引进GAMIT/GLOBK、Bernese、GIPSY等国外GPS科研数据处理软件，国内GPS数据处理水平上了一个新台阶，并取得了大量相关的研究成果[1-3]。本文主要介绍GAMIT/GLOBK的处理过程，并以计算武汉九峰台站近十年的数据为例，介绍批处理过程中的注意事项。
GAMIT/GLOBK软件是由美国麻省理工学院开发，后与美国SCRIPPS海洋研究所共同开发改进。GAMIT软件是在UNIX操作系统上运行的一种用于高精度GPS数据处理软件，可以实现地面点相对定位以及卫星轨道的计算；GLOBK部分可以估算测站的坐标以及地球的自转参数。该软件主要用于测站坐标、速度场、震后变形、卫星轨道等参数的估计；在局部区域用于GPS高精度定位和地壳的形变分析[4-13]。
1 sh_gamit自动处理GPS数据当利用GAMIT/GLOBK处理大量的GPS数据时，如果按照单天处理过程一天一天计算，工作量巨大而且不现实，利用GAMIT软件提供的sh_gamit自动处理脚本能有效地解决这一问题。为了利用软件提供的自动处理命令sh_gamit来处理大量的数据，必须提前准备解算过程中必要的数据文件，并建立不同的文件夹来存放不同的文件。利用脚本sh_setup可以自动生成所需要建立的文件夹，并且自动把需要的文件由~gg/tables下复制到对应的工程tables文件夹下面。
1.1 创建文件夹一般需要创建以下文件夹：tables(存放各种表文件)、rinex(存放rinex格式的观测文件)、brdc(存放广播星历文件)、gfiles(存放g文件)、hfiles(存放h文件)、glbf(存放GLOBK的二进制h文件)、gsoln(存放GLOBK所需要的命令文件以及结果文件)、igs(存放精密星历文件)。
1.2 准备数据1)通用类文件。lfile初始坐标文件、ut1.文件、pole.文件、章动表nutabl、月亮表luntab、太阳表soltab、跳秒文件leap.sec、接收机及天线文件rcvant.dat、用户指定的天线与接收机文件guess_rcvant.dat、接收机天线测量点与天线实际参考点之间的偏差文件hi.dat、卫星对应的PRN及质量参数文件svnav.dat、接收机及卫星天线相位中心改正模型文件antmod.dat等。
2) 观测数据文件。转换成rinex格式的GPS观测o文件、导航信息n文件。
3) 命令文件。process.defaults、sites.defaults、sestbl、sittbl.、autcln.cmd、station.info。
根据工程需要编辑相应的命令文件。当把所需要的文件都准备好以后，在终端输入解算命令，GAMIT软件会自行下载所需要的精密星历、导航文件等并完成GAMIT解算，最后软件会把计算结果存放在以年积日为名字的文件夹下。运行GAMIT软件得到的结果主要有结果文件Q文件、完全解结果文件O文件、协方差文件H文件。
2 GLOBK网平差GLOBK软件的核心思想是卡尔曼滤波，其主要功能是处理空间测量和大地测量等多元测量数据。对于GPS数据，利用GAMIT解算得到的H文件是主要的输入文件。GLOBK的3个主要功能如下：①生成测站坐标的时间序列，检查坐标的重复性并确认和删除观测不好的时段；②合并H文件得到同期的测站平均坐标；③处理测站的多期数据并获得测站的速度。
运行GLOBK的步骤如下：①将ASCII格式的H文件转换成可以被GLOBK读取的二进制H文件，运行glred/glorg以获得测站的坐标时间序列；②分析坐标时间序列，通过rename命令删除具有异常域的特定站的特定历元或者直接删除相对应的H文件；③将单时段的H文件合并成一个H文件，通过GLOBK解算平均坐标；④使用合并后的H文件，再次运行glred/glorg重新获得时间序列，并得到测站的速度。
3 实例分析 3.1 GAMIT解算以武汉九峰台站2003-2012年的GPS数据为例，利用自动处理脚本sh_gamit来计算这10年的数据。选取中国境内及周边的8个IGS站一同处理，8个IGS站分别是BJFS、TWTF、KUNM、SHAO、URUM、LHAZ、WUHN和PIMO。处理过程命令文件sestbl中的几个参数设置如下：Choice of Experiment=RELAX；Radiation Model for ARC=BERNE；Etide model=IERS03；Elevation Cutoff=10。
坐标约束文件sittbl文件中，将IGS站的X、Y、Z坐标都约束为0.10 m，九峰台站的X、Y、Z约束为100.0 m。将各控制文件都设置完成以后，利用sh_gamit进行自动解算。
GAMIT数据处理的一个质量标准是标准化的均方差nrms。均方差不大于0.3，则认为解算结果质量比较好。武汉九峰台站的GPS数据经过GAMIT处理得到的结果的均方差时间序列如图 1所示。
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| 图 1 解算结果的均方差时间序列 Figure 1 Time Series of nrms |
从图 1中可以看出，联合8个IGS站解算的武汉九峰台站的数据，标准化的均方差均小于0.22 m，大部分值处在0.17~0.20 m之间，解算结果较好。
3.2 GLOBK平差将GAMIT解算的结果H文件统一存放到hfiles文件夹中，方便下一步的GLOBK的计算。解算时，选取6个IGS站BJFS、XIAN、LHAZ、SHAO、PIMO、TWTF来定义参考框架，因为是解算局域网，只能解算平移参数，所以在解算时要强约束旋转参数：apr_wob，0.25，0.25，0.1，0.1；apr_ut1，0.25，0.1。经过解算得到的各站的速度及精度如表 1所示。
从表 1中可以看出，利用10年的数据解算的速度场的精度非常高，解算结果与文献[3]中的速度场结果在量级上是一致的。
| 表 1 各测站的速度及离散度 Table 1 Velocity and Dispersion of GPS Stations |
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因为九峰站和武汉站(WUHN)距离很近，在解算过程中没有将武汉站作为基准站来定义参考框架，而是将其作为未知站来解算，两个相距十几公里的站在速度上应该具有一致性。从表 1中可以看出，九峰站和武汉站的速度在N、E、U方向上相差都在亚毫米级，这也可以说明解算结果是正确的。
武汉站和九峰站10年的N、E、U方向的位移时间序列图如图 2所示。
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| 图 2 WHJF和WUHN站的位置变化时间序列 Figure 2 Position Variety Time Series of WHJF and WUHN |
通过图 2可以直观地看到武汉站和九峰站的坐标变化是非常一致的。N方向和E方向的变化是线性的，U方向的变化是非线性的，在2007年以后有下降趋势。
4 结束语利用GAMIT/GLOBK软件处理GPS数据精度高、速度快。在处理几年以上的数据时，利用sh_gamit脚本能够节省大量的时间和劳动。从图 1可以看出，GAMIT解算结果的均方根误差有很强的年周期性，其原因需要进一步的研究。
致谢: 感谢武汉大地测量国家野外科学观测研究站(武汉九峰台站)的工作人员提供的GPS数据。| [1] |
唐颖哲, 杨元喜, 宋小勇. 2000国家GPS大地控制网数据处理方法与结果[J].
大地测量与地球动力学,2003,23(3) : 77–82.
Tang Yingzhe, Yang Yuanxi, Song Xiaoyong. Adjustment Method and Result of National 2000’GPS Control Network[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics,2003,23(3) : 77–82. |
| [2] |
付爱华. GAMIT 批处理解算高精度GPS控制网及质量检查[J].
城市勘测,2014,(5) : 19–22.
Fu Aihua. Using GAMIT to Compute High Accuracy GPS Control Network and Quality Analysis[J]. Urban Geotechnical Investigation & Surveying,2014,(5) : 19–22. |
| [3] |
肖玉钢, 刘鸿飞, 王峥. GNSS网参数估计中基准定义方法研究[J].
大地测量与地球动力学,2012,32(4) : 79–82.
Xiao Yugang, Liu Hongfei, Wang Zheng. Research on Datum Determination in Parameter Estimation of GNSS Network[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics,2012,32(4) : 79–82. |
| [4] | Herring T A, King R W, Mcclusky S C. Introduction to GAMIT/GLOBK . http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/Intro_GG.pdf, 2010-10-26 |
| [5] |
鄂栋臣, 詹必伟, 姜卫平, 等. 应用GAMIT/GLOBK软件进行高精度GPS数据处理[J].
极地研究,2005,17(3) : 173–182.
E Dongchen, Zhan Biwei, Jiang Weiping, et al. High-Precision GPS Data Processing by GAMIT/GLOBK[J]. Chinese Journal of Polar Research,2005,17(3) : 173–182. |
| [6] |
秘金钟, 李毓麟, 张鹏, 等. GPS基准站坐标与速度场精度及随时间变化规律的探讨[J].
武汉大学学报·信息科学版,2004,29(9) : 763–767.
Bi Jinzhong, Li Yulin, Zhang Peng, et al. Accuracy of GPS Fiducial Station Coordinate and Velocity Field and Their Time Series[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University,2004,29(9) : 763–767. |
| [7] |
李军, 王继业, 熊熊, 等. 东北亚地区GPS观测数据质量检测和分析[J].
武汉大学学报·信息科学版,2006,31(3) : 209–212.
Li Jun, Wang Jiye, Xiong Xiong, et al. Quality Checking and Analysis on GPS Date in Northeast Asia[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University,2006,31(3) : 209–212. |
| [8] |
杨远程, 郝兴华, 彭碧波, 等. 基于多路径效应的植被覆盖研究[J].
测绘地理信息,2014,39(2) : 52–54.
Yang Yuancheng, Hao Xinghua, Peng Bibo, et al. Study on Vegetation Coverage with GPS Multipath Effects[J]. Journal of Geomatics,2014,39(2) : 52–54. |
| [9] |
吴继忠, 朱丽强, 龚俊. 利用连续GPS观测数据分析长江三角洲地区地壳形变[J].
武汉大学学报·信息科学版,2015,40(10) : 1324–1328.
Wu Jizhong, Zhu Liqiang, Gong Jun. An Analysis of the Crustal Deformation in the Yangtze River Delta Area Using Continuous GPS Observations[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University,2015,40(10) : 1324–1328. |
| [10] |
徐杰, 孟黎, 唐诗华. GAMIT/GLOBK批处理在高精度海量数据处理中的应用[J].
测绘科学,2008,33(6) : 187–188.
Xu Jie, Meng Li, Tang Shihua. Application of the GAMIT/GLOBK Batch Processing in High Precision Massive Data Processing[J]. Science of Surveying and Mapping,2008,33(6) : 187–188. |
| [11] |
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 .
Li Zhenghang, Huang Jinsong. GPS Surveying and Data Processing[M]. Wuhan: Wuhan University Press, 2005 . |
| [12] |
刘大杰, 施一民, 过静珺.
全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M]. 上海: 同济大学出版社, 1997 .
Liu Dajie, Shi Yimin, Guo Jingjun. GPS Theory and Data Processing[M]. Shanghai: Tongji University Press, 1997 . |
| [13] |
党亚民, 秘金钟, 成英燕.
全球导航卫星系统原理与应用[M]. 北京: 测绘出版社, 2007 .
Dang Yamin, Bi Jinzhong, Cheng Yingyan. Principles and Application of Global Navigation Satellite System[M]. Beijing: Surveying and Mapping Press, 2007 . |