夏 斌
(1.貴州省地礦局115地質(zhì)大隊(duì), 貴州 清鎮(zhèn)551400)
GPS在工程中的應(yīng)用主要是以靜態(tài)同步觀測(cè)為主,用于建立各種控制網(wǎng)。進(jìn)行GPS靜態(tài)測(cè)量時(shí),認(rèn)為GPS接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過程中的位置是靜止,在數(shù)據(jù)處理時(shí),將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間改變而改變的量,通過接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的變化來求得待定點(diǎn)的坐標(biāo)。在測(cè)量中,GPS靜態(tài)測(cè)量的具體觀測(cè)模式是多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè),時(shí)間由40 min到十幾h不等[1]。
GPS靜態(tài)觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理,利用一般GPS生產(chǎn)廠商提供的附帶軟件就可以滿足計(jì)算精度的要求。但是,在測(cè)區(qū)沒有已知的控制點(diǎn)時(shí),就無法利用常規(guī)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件解算。例如,在我國新疆和西藏等地區(qū),常常因?yàn)榈赜驈V闊且地形復(fù)雜,找不到可以利用的已知GPS控制點(diǎn)。
解決上面問題的一種有效辦法是利用中國境內(nèi)國際GPS大地測(cè)量和地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)站(IGS)的GPS單天數(shù)據(jù),與測(cè)區(qū)布設(shè)的GPS工程控制網(wǎng)同步觀測(cè)數(shù)據(jù),采用GAMIT軟件聯(lián)合解算得到基線結(jié)果,然后利用CosaGPS軟件進(jìn)行網(wǎng)平差。技術(shù)路線如圖1所示。
圖1 無已知點(diǎn)的GPS靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理流程圖
1)建立工程目錄,如2010。
2)在工程目錄(2010)中新建brdc文件夾,在該文件夾中使用sh_get_nav命令下載導(dǎo)航電文;新建igs文件夾,在該文件夾中使用sh_get_orbits命令下載精密星歷sp3文件;新建rinex文件夾,在該文件夾中使用sh_get_rinex命令下載IGS跟蹤站O文件。
3)在工程目錄下鏈接更新好的tables表、sh_setup命令。
1)按照野外觀測(cè)時(shí)段數(shù),在工程目錄下分別新建各時(shí)段的解算目錄doy1、doy2……,將各時(shí)段對(duì)應(yīng)的rinex格式的O文件復(fù)制到相應(yīng)目錄中。每一個(gè)時(shí)段的解算步驟是一樣的,為了方便敘述,以第一個(gè)時(shí)段進(jìn)行解算。
2)將工程目錄中tables文件夾的station.info復(fù)制到doy1文件夾中,并刪除文件中所有測(cè)站信息,僅保留文件頭。
3)在doy1目錄中分別鏈接IGS跟蹤站O文件、導(dǎo)航電文n文件以及精密星歷文件sp3文件:
ln –s../rinex/*doy.yyo./
ln –s../brdc/*doy.yyn./
ln –s../igs/igs*.sp3./
4)在doy1文件夾中運(yùn)行命令:sh_upd_stnfo –files *.yyo 生成測(cè)站信息文件station.info,查看該文件中的測(cè)站信息,天線高、天線量取方式等是否正確,如果有誤可以手動(dòng)修改。
5)進(jìn)入tables目錄下,查看itrf00.apr中的IGS跟蹤站的坐標(biāo),將解算中使用到的IGS跟蹤站的信息復(fù)制到一個(gè)新建文件lexpty.doy中,保持和itrf00.apr的格式一樣。
6)有些IGS跟蹤站在itrf00.apr中找不到信息,則利用sh_rx2apr命令,計(jì)算測(cè)區(qū)控制點(diǎn)和itrf00.apr中沒有記錄的IGS跟蹤站概略坐標(biāo):sh_rx2apr –site
其中site是準(zhǔn)備生成的概略坐標(biāo)的文件名;nav是對(duì)應(yīng)導(dǎo)航星歷文件的路徑及文件名../brdc/brdcdoy0.yyn;ref 是求雙差解時(shí)參考站的文件名,一般選取最近的IGS跟蹤站;apr為參考站坐標(biāo)的存放處,一般是../tables/irtf00.apr。
上面命令產(chǎn)生的site.apr和lfile.site 2個(gè)文件,前者為空間直角坐標(biāo)X、Y、Z,后者為GAMIT需要的球面坐標(biāo)N、E、U[5]。
7)將6)中生成的site.apr內(nèi)容復(fù)制到5)中的lexpty.doy文件,并拷貝到解算文件夾doy1中,執(zhí)行g(shù)apr_to_l lexpty.doy lfile.yr doy ,得到所有測(cè)站的GAMIT所需的球面坐標(biāo)文件lfile。
8)在解算文件夾doy1中鏈接tables,links.day yr day 工程名。
GAMIT數(shù)據(jù)處理解算階段可以分步操作,也可以批處理。
1)批處理操作。
sh_makexp -expt
說明:test是工程名;igsf 是igs的文件名,此處就是igsf;nav 對(duì)應(yīng)brdc的文件名;lfile是測(cè)站的概略坐標(biāo)文件名;<1> 為采樣間隔,設(shè)置歷元間隔;<2>、<3>為開始時(shí)間;<4> 為歷元數(shù),即24 h中有多少個(gè)歷元。
注意:在命令執(zhí)行之前先將工作目錄中的session.info文件刪除。
2)依次輸入下面命令。
輸入命令:sh_sp3filt –f igs*.sp3 –o igsf –d yr doy–r BERNE –t –u
輸出文件: g-file和t-file(文件用于fixdrv過程)
輸入命令:Sh_check_sess –sess doy –type gfile –file g-file
輸出文件:session.info
輸入命令:makej brdcdoy0.yyn jbrdcy.doy
輸出文件:jbrdcy.doy
輸入命令:Sh_check_sess –sess doy –type jfile –file j-file
輸出文件:session.info
輸入命令:makex test.makex.batch
輸出文件:dtesty.doy以及x-file
3)啟動(dòng)GAMIT。
fixdrv dtesty.doy
csh btesty.bat
1)基線解算的Q文件最后一行有一個(gè)驗(yàn)后NRMS(postfit nrms),此值要小于0.2;
2)解算的O文件其基線的相對(duì)精度是否大于10-8。
基于GPS的現(xiàn)代測(cè)量理論和技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式,使工程測(cè)量行業(yè)發(fā)生了革命性變化,測(cè)量外業(yè)工作自動(dòng)化程度大大提高,測(cè)量內(nèi)業(yè)軟件的作用更加重要。為了滿足工程測(cè)量單位對(duì)GPS數(shù)據(jù)處理的要求,在分析研究GPS數(shù)據(jù)處理理論的基礎(chǔ)上,武漢大學(xué)研制了自主版權(quán)的CosaGPS軟件系統(tǒng),該軟件具有如下特點(diǎn)[6-8]:①功能全面,符合多種規(guī)范要求;②整體性好,輸出成果內(nèi)容全;③解算容量大,運(yùn)算速度快;④操作簡明,使用方便。
基于以上原因,利用CosaGPS網(wǎng)平差比GLOBK更方便,更適合工程方面的應(yīng)用。利用GAMIT進(jìn)行基線處理,可以輸出兩種格式的基線解算結(jié)果文件,分別稱為Q-File(詳細(xì)格式)和O-File(簡要格式),每個(gè)文件中有兩處地方含有基線向量數(shù)據(jù),第二處是CosaGPS平差所需要的數(shù)據(jù)。為了獲取該部分?jǐn)?shù)據(jù),應(yīng)在該部分的上一行加入CosaGPS識(shí)別標(biāo)志。
1)GAMIT Q-File中基線格式為:
Baseline vector (m ): NRC1 (Site 1) to SCH2(Site 2)
X335 859.603 07Y956 232.166 05Z668 091.187 66L121 388 9.395 04
+- 0.013 45 +- 0.015 06 +- 0.023 64 +- 0.006 67(meters)
Correlations (X-Y,X-Z,Y-Z) = -0.129 47-0.083 23-0.841 94
應(yīng)在文件的后部分的第一條基線的Baseline vector的前一行加入的識(shí)別標(biāo)志是:
CosaGPS for GAMIT Q-File
2)對(duì)于GAMIT O-File格式的基線文件(文件中每條基線占一行,此處顯示為多行):
0011_001 4 2001.238X X-3 324.580 2 + - 0.002 9Y282.556 6 + -
0.004 4Z-3 274.006 7 + - 0.003 0L4 674.590 0 + - 0.001 4
Correlations (X-Y,X-Z,Y-Z) =-0.820 53-0.788 90 0.848 25
加入的識(shí)別標(biāo)志是:CosaGPS for GAMIT O-File
具體的軟件操作,解算步驟可參考CosaGPS說明書。
本文使用新疆葉城某煤礦區(qū)控制網(wǎng)一個(gè)時(shí)段數(shù)據(jù)進(jìn)行解算,表1是測(cè)站野外觀測(cè)記錄信息。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[9,10]和經(jīng)驗(yàn),選擇了urum、guao、chum、pol2和sele 5個(gè)IGS基準(zhǔn)站參與計(jì)算。其中urum、guao、pol2和sele 4個(gè)點(diǎn)作為CosaGPS網(wǎng)平差的已知點(diǎn),chum作為計(jì)算結(jié)果的檢核點(diǎn)。在SOPAC(http://sopac.ucsd.edu/processing/coordinates/sector.shtml)下載2010-07-30的WGS84坐標(biāo)值,表2列出了詳細(xì)數(shù)據(jù)。
表1 測(cè)站野外觀測(cè)記錄信息
表2 IGS基準(zhǔn)站的WGS84坐標(biāo)及精度
利用GAMIT解算基線時(shí),在獲得測(cè)站信息文件station.info的第4步時(shí),按照表1中天線類型天線高修改礦區(qū)控制點(diǎn)的信息。其他解算按照步驟進(jìn)行,參數(shù)都采用默認(rèn)值。
基線解算結(jié)果文件q2010a.211,其中Prefit nrms和Postfit nrms 分別為0.483 26E+00和0.153 02E+00(小于0.2),基線解算通過。
按照本文所述的方法,利用CosaGPS進(jìn)行網(wǎng)平差,解算的結(jié)果如表3所示。
從表3可以看出,解算的精度達(dá)到cm級(jí),足夠滿足礦區(qū)的GPS精度要求。另外,在我國的工程運(yùn)用中主要還是以北京1954坐標(biāo)系和西安1980坐標(biāo)系為主,如果需要得到這兩個(gè)坐標(biāo)系的值,可以利用CosaGPS自帶的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。
表3 CosaGPS三維平差后坐標(biāo)
在野外測(cè)區(qū)沒有可用的已知控制點(diǎn)時(shí),可利用GAMIT和CosaGPS結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)解算。實(shí)驗(yàn)表明,這種方式可以獲得高精度的數(shù)據(jù)結(jié)果,為實(shí)際工程運(yùn)用提出了新的解決思路。
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