GAMIT和CosaGPS数据处理在工程中的运用

夏 斌

（1.贵州省地矿局115地质大队， 贵州 清镇551400）

GPS在工程中的应用主要是以静态同步观测为主，用于建立各种控制网。进行GPS静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中，GPS静态测量的具体观测模式是多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由40 min到十几h不等[1]。

GPS静态观测的数据处理，利用一般GPS生产厂商提供的附带软件就可以满足计算精度的要求。但是，在测区没有已知的控制点时，就无法利用常规的GPS数据处理软件解算。例如，在我国新疆和西藏等地区，常常因为地域广阔且地形复杂，找不到可以利用的已知GPS控制点。

解决上面问题的一种有效办法是利用中国境内国际GPS大地测量和地球动力学服务站（IGS）的GPS单天数据，与测区布设的GPS工程控制网同步观测数据，采用GAMIT软件联合解算得到基线结果，然后利用CosaGPS软件进行网平差。技术路线如图1所示。

图1 无已知点的GPS静态观测数据处理流程图

1 GAMIT的基线解算[2-4]

1.1 准备工作

1）建立工程目录，如2010。

2）在工程目录（2010）中新建brdc文件夹，在该文件夹中使用sh_get_nav命令下载导航电文；新建igs文件夹，在该文件夹中使用sh_get_orbits命令下载精密星历sp3文件；新建rinex文件夹，在该文件夹中使用sh_get_rinex命令下载IGS跟踪站O文件。

3）在工程目录下链接更新好的tables表、sh_setup命令。

1.2 获取station.info和lfile

1）按照野外观测时段数，在工程目录下分别新建各时段的解算目录doy1、doy2……，将各时段对应的rinex格式的O文件复制到相应目录中。每一个时段的解算步骤是一样的，为了方便叙述，以第一个时段进行解算。

2）将工程目录中tables文件夹的station.info复制到doy1文件夹中，并删除文件中所有测站信息，仅保留文件头。

3）在doy1目录中分别链接IGS跟踪站O文件、导航电文n文件以及精密星历文件sp3文件：

ln –s../rinex/*doy.yyo./

ln –s../brdc/*doy.yyn./

ln –s../igs/igs*.sp3./

4）在doy1文件夹中运行命令：sh_upd_stnfo –files *.yyo 生成测站信息文件station.info，查看该文件中的测站信息，天线高、天线量取方式等是否正确，如果有误可以手动修改。

5）进入tables目录下，查看itrf00.apr中的IGS跟踪站的坐标，将解算中使用到的IGS跟踪站的信息复制到一个新建文件lexpty.doy中，保持和itrf00.apr的格式一样。

6）有些IGS跟踪站在itrf00.apr中找不到信息，则利用sh_rx2apr命令，计算测区控制点和itrf00.apr中没有记录的IGS跟踪站概略坐标：sh_rx2apr –site -nav

-ref -apr

其中site是准备生成的概略坐标的文件名；nav是对应导航星历文件的路径及文件名../brdc/brdcdoy0.yyn；ref 是求双差解时参考站的文件名，一般选取最近的IGS跟踪站；apr为参考站坐标的存放处，一般是../tables/irtf00.apr。

上面命令产生的site.apr和lfile.site 2个文件，前者为空间直角坐标X、Y、Z，后者为GAMIT需要的球面坐标N、E、U[5]。

7）将6）中生成的site.apr内容复制到5）中的lexpty.doy文件，并拷贝到解算文件夹doy1中，执行gapr_to_l lexpty.doy lfile.yr doy ，得到所有测站的GAMIT所需的球面坐标文件lfile。

8）在解算文件夹doy1中链接tables，links.day yr day 工程名。

1.3 数据解算

GAMIT数据处理解算阶段可以分步操作，也可以批处理。

1）批处理操作。

sh_makexp -expt -yr -doy -sess 99 -nav

-apr lfile.-sinfo <1> <2> <3> <4>

说明：test是工程名；igsf 是igs的文件名，此处就是igsf；nav 对应brdc的文件名；lfile是测站的概略坐标文件名；<1> 为采样间隔，设置历元间隔；<2>、<3>为开始时间；<4> 为历元数，即24 h中有多少个历元。

注意：在命令执行之前先将工作目录中的session.info文件删除。

2）依次输入下面命令。

输入命令：sh_sp3filt –f igs*.sp3 –o igsf –d yr doy–r BERNE –t –u

输出文件： g-file和t-file（文件用于fixdrv过程）

输入命令：Sh_check_sess –sess doy –type gfile –file g-file

输出文件：session.info

输入命令：makej brdcdoy0.yyn jbrdcy.doy

输出文件：jbrdcy.doy

输入命令：Sh_check_sess –sess doy –type jfile –file j-file

输出文件：session.info

输入命令：makex test.makex.batch

输出文件：dtesty.doy以及x-file

3）启动GAMIT。

fixdrv dtesty.doy

csh btesty.bat

1.4 GAMIT基线解算质量评价指标

1）基线解算的Q文件最后一行有一个验后NRMS（postfit nrms），此值要小于0.2；

2）解算的O文件其基线的相对精度是否大于10-8。

2 CosaGPS网平差

基于GPS的现代测量理论和技术改变了传统的测量模式，使工程测量行业发生了革命性变化，测量外业工作自动化程度大大提高，测量内业软件的作用更加重要。为了满足工程测量单位对GPS数据处理的要求，在分析研究GPS数据处理理论的基础上，武汉大学研制了自主版权的CosaGPS软件系统，该软件具有如下特点[6-8]：①功能全面，符合多种规范要求；②整体性好，输出成果内容全；③解算容量大，运算速度快；④操作简明，使用方便。

基于以上原因，利用CosaGPS网平差比GLOBK更方便，更适合工程方面的应用。利用GAMIT进行基线处理，可以输出两种格式的基线解算结果文件，分别称为Q-File（详细格式）和O-File(简要格式)，每个文件中有两处地方含有基线向量数据，第二处是CosaGPS平差所需要的数据。为了获取该部分数据，应在该部分的上一行加入CosaGPS识别标志。

1）GAMIT Q-File中基线格式为：

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

应在文件的后部分的第一条基线的Baseline vector的前一行加入的识别标志是：

CosaGPS for GAMIT Q-File

2）对于GAMIT O-File格式的基线文件（文件中每条基线占一行，此处显示为多行）：

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

加入的识别标志是：CosaGPS for GAMIT O-File

具体的软件操作，解算步骤可参考CosaGPS说明书。

3 实例分析

本文使用新疆叶城某煤矿区控制网一个时段数据进行解算，表1是测站野外观测记录信息。根据相关文献[9,10]和经验，选择了urum、guao、chum、pol2和sele 5个IGS基准站参与计算。其中urum、guao、pol2和sele 4个点作为CosaGPS网平差的已知点，chum作为计算结果的检核点。在SOPAC（http://sopac.ucsd.edu/processing/coordinates/sector.shtml）下载2010-07-30的WGS84坐标值，表2列出了详细数据。

表1 测站野外观测记录信息

表2 IGS基准站的WGS84坐标及精度

利用GAMIT解算基线时，在获得测站信息文件station.info的第4步时，按照表1中天线类型天线高修改矿区控制点的信息。其他解算按照步骤进行，参数都采用默认值。

基线解算结果文件q2010a.211，其中Prefit nrms和Postfit nrms 分别为0.483 26E+00和0.153 02E+00（小于0.2），基线解算通过。

按照本文所述的方法，利用CosaGPS进行网平差，解算的结果如表3所示。

从表3可以看出，解算的精度达到cm级，足够满足矿区的GPS精度要求。另外，在我国的工程运用中主要还是以北京1954坐标系和西安1980坐标系为主，如果需要得到这两个坐标系的值，可以利用CosaGPS自带的坐标转换工具实现不同坐标系之间的转换。

表3 CosaGPS三维平差后坐标

4 结 语

在野外测区没有可用的已知控制点时，可利用GAMIT和CosaGPS结合的方式进行数据解算。实验表明，这种方式可以获得高精度的数据结果，为实际工程运用提出了新的解决思路。

[1]管国斌.全球定位系统（GPS）在工程测量中的运用[J].中国科技信息，2007(24):38-40

[2]王志强，李军.GAMIT使用指南[J].全球定位系统，2002(2):36-39

[3]成桦.在Linux操作系统下安装与运行GAMIT软件[J].计算机与信息技术，2007(4):73-74

[4]王留朋，过静珺，金慧华，等.GAMIT在LINUX操作系统上的安装和使用[J].全球定位系统，2005(6):43-46

[5]黄立人，高砚龙，任立生.关于NEU（ENU）坐标系统[J].大地测量与地球动力学，2006(1):97-99

[6]解博，高雅萍，李奕.TTC和CosaGPS软件在处理GPS数据中应用[J].西部资源，2012(3):65-66

[7]陈章明.CosaGPS平差软件在工程测量中的应用体会[J].引进与咨询，2002(3):18-19

[8]余旭.基于LGO与CosaGPS处理GPS数据方法的探讨[J].科技视界，2014(18):57-58

[9]邬熙娟，高俊强，黄燕.小区域GPS网GAMIT解算结果与IGS站选取的关系[J].南京工业大学学报：自然科学版，2010(4):96-99

[10]赵桂儒，杨天青，徐平，等.小区域GPS形变监测网GAMIT数据处理结果与IGS站选取的关系探讨[J].地震地磁观测与研究，2006(5):103-106