包 晗,邰 賀
(沈陽市勘察測繪研究院,遼寧 沈陽110004)
GAMIT-GLOBK軟件是美國麻省理工學(xué)院(MIT)與圣迭哥海洋研究所(Scirpps)研制的數(shù)據(jù)處理軟件。其特點是運算速度快、版本更新周期短以及在精度許可范圍內(nèi)自動化處理程度高等,因此應(yīng)用相當廣泛,計算的基線相對精度均優(yōu)于10-7,平差后最弱點點位中誤差精度為厘米級[1],廣泛應(yīng)用于城市級的控制網(wǎng)建立工程中。介紹如何應(yīng)用GAMIT-GLOBK軟件對沈陽市市級控制網(wǎng)進行定位解算。
GAMIT-GLOBK軟件是由GAMIT和GLOBK兩部分組成,GAMIT主要完成基線解算,GLOBK主要完成網(wǎng)平差的功能[2]。
GAMIT主要由以下幾個程序構(gòu)成:ARC(軌道積分)、MODEL(觀測方程構(gòu)建)、SINCLN(單差自動修復(fù)周跳)、DBCLN(雙差自動修復(fù)周跳)、CVIEW(交互式修復(fù)周跳)、SOLVE(最小二乘求解)、CFMRG(增加具體的說明)等。通過使用MAKEX,可將RINEX格式的原始觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GAMIT所采用的數(shù)據(jù)格式文件,生成誤差方程系數(shù)(即偏導(dǎo)數(shù))與常數(shù)項主要用于數(shù)據(jù)分析,解算完成 后 得 到 O-file、Q-file 文 件 以 及 用 于 后 續(xù)GLOBK軟件的H-file文件。
GLOBK模塊為美國斯克里普斯海洋研究所(SIO)和哈佛大學(xué)(Harvard University)共同研究開發(fā),其基本功能實現(xiàn)基線平差(卡爾曼濾波),能夠?qū)⒉煌蟮販y量觀測手段得到的解(比如GPS,VLBI及SLR)合并得到統(tǒng)一框架下的結(jié)果以及速度場。
應(yīng)用GAMIT進行基線解算時需要考慮多種誤差影響,例如鐘差改正、電離層折射改正、對流層折射的大氣參數(shù)模型改正以及光壓模型改正等[3],需要準備各項Tables表,主要包括 :
leap.sec (跳 秒 文 件);luntab (月 亮 歷 表);soltab(太陽歷表);L-file(近似坐標文件);pole(極移參數(shù));nultab(攝動歷表);ut1(國際時間系統(tǒng));潮汐表等,確保以上文件都更新到最新的狀態(tài),尤其是L-file,其對于解算結(jié)果有一定影響。將原始觀測文件轉(zhuǎn)換為標準RINEX格式,并確定天線類型以及量高方式。按照軟件的解算要求建立相應(yīng)的文件目錄,將精密星歷文件、RINEX觀測文件、導(dǎo)航星歷文件等拷貝至相應(yīng)的目錄下。設(shè)置好控制文件sittbl以及session文件。
首先進行數(shù)據(jù)預(yù)處理,包括周跳探測與修復(fù),軌道構(gòu)建等過程。
解算分為三個階段進行:第一階段,進行初始平差,解算模糊度參數(shù)和基線向量的實數(shù)解(浮動解);第二階段是將模糊度固定成整數(shù);第三階段是將固定的整數(shù)模糊度作為已知值,僅將待定的測站坐標作為未知參數(shù),再次平差解算,解出基線向量的最終解[4]。
GAMIT提供腳本操作,即按照相應(yīng)的目錄構(gòu)建完畢后,使用Sh_gamit語句,遵照設(shè)定語法進行語句的編寫并執(zhí)行,即可完成自動解算過程,僅需要少量人工干預(yù),結(jié)果包括h-file等GLOBK需要的各種文件。
建立目錄glbf和soln(均與Gamit中的單天目錄平行),用htoglb將h-file轉(zhuǎn)換成二進制格式,用l s生成gdl文件,準備好apr文件,globk和glorg命令文件,并做好命令文件的相關(guān)設(shè)置。需要注意的是使用globk進行平差,得到每天的坐標prt文件,上述坐標結(jié)果其內(nèi)部幾何性很好,但是每天坐標框架的浮動都很大,需要把每天的解都統(tǒng)一到同一框架(如ITRF框架)中。運行g(shù)lred命令,自動激發(fā)globk和glorg。前者進行平差,得到每天坐標的prt文件。后者得到ITRF坐標的org文件。
如果平差結(jié)果不理想,用plotcrd把時間序列輸出到屏幕,發(fā)現(xiàn)有粗差后剔除并返回到Gamit重新解算該天基線之后再進行平差,直到得到理想結(jié)果。
沈陽市控制網(wǎng)框架由沈陽市連續(xù)運行參考站7個站點、3個國際IGS跟蹤站站點以及覆蓋沈陽市的5個中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)基準站組成。采用該框架建立實時觀測數(shù)據(jù),連續(xù)觀測7天,單天觀測24h,采樣率為15s,衛(wèi)星高度截止角0°.框架網(wǎng)的網(wǎng)圖如圖1所示。
基線解算采用 GAMIT V10.34版本,采用IGS最終精密星歷,并固定軌道。處理時所采用的參考框架ITRF2005,參考歷元為瞬時歷元2008.7 145(對應(yīng)時間2008年9月18日,年積日為262)。引入的IGS站為:WUHN(武漢)、BJFS(北京)、SHAO(上海),將這些IGS站作為框架網(wǎng)的基準。解算以同步時段為單位進行,并顧及以下因素:
圖1 框架網(wǎng)的網(wǎng)圖
1)星鐘差的模型改正(用廣播星歷中的鐘差參數(shù));
2)接收機鐘差的模型改正(用根據(jù)偽距觀測值計算出的鐘差);
3)電離層折射影響用LC觀測值消除;
4)對流層折射根據(jù)標準大氣模型用薩斯坦莫寧模型改正,采用分段線性的方法估算折射量偏差數(shù);
5)衛(wèi)星和接收機天線相位中心改正,接收機天線L1、L2相位中心偏差采用GAMIT軟件的設(shè)定值;
6)測站位置的潮汐改正;
7)衛(wèi)星截止高度角為15°,歷元間隔為30s;
8)所有GPS站的基線解算均歸算到測站標石中心。
經(jīng)過計算,框架網(wǎng)含重復(fù)基線45條,基線分量重復(fù)性統(tǒng)計如表1所示。
表1 基線向量重復(fù)性統(tǒng)計表
由于GAMIT采用的是網(wǎng)解,其同步環(huán)閉合差在基線解算時已經(jīng)進行了分配,因此,基線同步環(huán)的閉合差為0.對于同步環(huán)檢核,可以將解的nrms值作為同步環(huán)質(zhì)量好壞的一個指標,一般要求nrms<0.5.本網(wǎng)計算的同步時段,nrms均小于0.25,表明整網(wǎng)的整體外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較高,基線解的精度較好。
異步環(huán)閉合差主要反映整個外業(yè)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和基線解算質(zhì)量的可靠性,相對于同步環(huán)閉合差,異步環(huán)閉合差對GPS成果質(zhì)量更為重要[5]。本網(wǎng)異步環(huán)閉合差統(tǒng)計如表2所示。
表2 異步環(huán)閉合差統(tǒng)計表
全部異步環(huán)閉合差均小于1/3限差值,表明框架網(wǎng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,基線處理結(jié)果可靠。
三維平差在ITRF2005瞬時坐標框架下完成,通過約束IGS站點的CGCS2000坐標,獲取框架網(wǎng)在國家坐標系統(tǒng)下的坐標成果。評查結(jié)果統(tǒng)計表如表3所示。
表3 平差精度統(tǒng)計表
通過平差精度可以看出,所有點位的三維分量精度均在毫米級,表明整網(wǎng)的平差精度很高。
GAMIT-GLOBK軟件作為高精度定位解算的基線處理軟件對于大數(shù)據(jù)量的觀測來講,具有運算速度快的特點,尤其是對于長基線的計算,其精度非常高。通過實測數(shù)據(jù)的驗證,說明了在城市級大型控制網(wǎng)建立過程中采用該軟件,在精度上完全可以滿足規(guī)范的要求。
[1] 劉大杰,施一民,過靜珺.全球定位系統(tǒng)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].上海:同濟大學(xué)出版社,1996.
[2] 李征航,黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武昌:武漢大學(xué)出版社,2005.
[3] 國家測繪局.全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范 GB/T18314-2009(5)[S].中國標準出版社,2009.
[4] 劉國深,詹錦祥.城市平面坐標系與GPS二維約束的參數(shù)問題討論[J].全球定位系統(tǒng)2007,33(3):30-34.
[5] 謝劭鋒,王新橋.工程控制網(wǎng)必要觀測時間探討[J].全球定位系統(tǒng),2007,33(4):30-32.