夏 斌
(1.貴州省地礦局115地質(zhì)大隊, 貴州 清鎮(zhèn)551400)
GPS在工程中的應(yīng)用主要是以靜態(tài)同步觀測為主,用于建立各種控制網(wǎng)。進行GPS靜態(tài)測量時,認為GPS接收機的天線在整個觀測過程中的位置是靜止,在數(shù)據(jù)處理時,將接收機天線的位置作為一個不隨時間改變而改變的量,通過接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的變化來求得待定點的坐標。在測量中,GPS靜態(tài)測量的具體觀測模式是多臺接收機在不同的測站上進行靜止同步觀測,時間由40 min到十幾h不等[1]。
GPS靜態(tài)觀測的數(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算精度的要求。但是,在測區(qū)沒有已知的控制點時,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),常常因為地域廣闊且地形復(fù)雜,找不到可以利用的已知GPS控制點。
解決上面問題的一種有效辦法是利用中國境內(nèi)國際GPS大地測量和地球動力學(xué)服務(wù)站(IGS)的GPS單天數(shù)據(jù),與測區(qū)布設(shè)的GPS工程控制網(wǎng)同步觀測數(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軟件進行網(wǎng)平差。技術(shù)路線如圖1所示。
圖1 無已知點的GPS靜態(tài)觀測數(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)按照野外觀測時段數(shù),在工程目錄下分別新建各時段的解算目錄doy1、doy2……,將各時段對應(yīng)的rinex格式的O文件復(fù)制到相應(yīng)目錄中。每一個時段的解算步驟是一樣的,為了方便敘述,以第一個時段進行解算。
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文件夾中運行命令:sh_upd_stnfo –files *.yyo 生成測站信息文件station.info,查看該文件中的測站信息,天線高、天線量取方式等是否正確,如果有誤可以手動修改。
5)進入tables目錄下,查看itrf00.apr中的IGS跟蹤站的坐標,將解算中使用到的IGS跟蹤站的信息復(fù)制到一個新建文件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,計算測區(qū)控制點和itrf00.apr中沒有記錄的IGS跟蹤站概略坐標:sh_rx2apr –site
其中site是準備生成的概略坐標的文件名;nav是對應(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個文件,前者為空間直角坐標X、Y、Z,后者為GAMIT需要的球面坐標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 ,得到所有測站的GAMIT所需的球面坐標文件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 對應(yīng)brdc的文件名;lfile是測站的概略坐標文件名;<1> 為采樣間隔,設(shè)置歷元間隔;<2>、<3>為開始時間;<4> 為歷元數(shù),即24 h中有多少個歷元。
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GAMIT。
fixdrv dtesty.doy
csh btesty.bat
1)基線解算的Q文件最后一行有一個驗后NRMS(postfit nrms),此值要小于0.2;
2)解算的O文件其基線的相對精度是否大于10-8。
基于GPS的現(xiàn)代測量理論和技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測量模式,使工程測量行業(yè)發(fā)生了革命性變化,測量外業(yè)工作自動化程度大大提高,測量內(nèi)業(yè)軟件的作用更加重要。為了滿足工程測量單位對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[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(詳細格式)和O-File(簡要格式),每個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)。為了獲取該部分數(shù)據(jù),應(yīng)在該部分的上一行加入CosaGPS識別標志。
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的前一行加入的識別標志是:
CosaGPS for GAMIT Q-File
2)對于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
加入的識別標志是: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)一個時段數(shù)據(jù)進行解算,表1是測站野外觀測記錄信息。根據(jù)相關(guān)文獻[9,10]和經(jīng)驗,選擇了urum、guao、chum、pol2和sele 5個IGS基準站參與計算。其中urum、guao、pol2和sele 4個點作為CosaGPS網(wǎng)平差的已知點,chum作為計算結(jié)果的檢核點。在SOPAC(http://sopac.ucsd.edu/processing/coordinates/sector.shtml)下載2010-07-30的WGS84坐標值,表2列出了詳細數(shù)據(jù)。
表1 測站野外觀測記錄信息
表2 IGS基準站的WGS84坐標及精度
利用GAMIT解算基線時,在獲得測站信息文件station.info的第4步時,按照表1中天線類型天線高修改礦區(qū)控制點的信息。其他解算按照步驟進行,參數(shù)都采用默認值。
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,解算的精度達到cm級,足夠滿足礦區(qū)的GPS精度要求。另外,在我國的工程運用中主要還是以北京1954坐標系和西安1980坐標系為主,如果需要得到這兩個坐標系的值,可以利用CosaGPS自帶的坐標轉(zhuǎn)換工具實現(xiàn)不同坐標系之間的轉(zhuǎn)換。
表3 CosaGPS三維平差后坐標
在野外測區(qū)沒有可用的已知控制點時,可利用GAMIT和CosaGPS結(jié)合的方式進行數(shù)據(jù)解算。實驗表明,這種方式可以獲得高精度的數(shù)據(jù)結(jié)果,為實際工程運用提出了新的解決思路。
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