張瑞新

摘要：GAMIT是美國麻省理工學院（MIT）和美國加利福尼亞大學SCRIPPS海洋研究所（SIO）共同研制用于定位和定軌的GPS數(shù)據(jù)分析軟件，廣泛應用于定軌、長距離定位、全球性板塊運動監(jiān)測等，是優(yōu)秀、穩(wěn)定的高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件。本文以內蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市GPS C級網(wǎng)為例，利用GAMIT高精度基線解算方法，解決了呼倫貝爾市GPS C級網(wǎng)因為點位觀測環(huán)境差、平均控制網(wǎng)邊過長，B級控制點點位發(fā)生位移等難以達到國家標準的問題。經(jīng)統(tǒng)計分析，呼倫貝爾市GPS C級網(wǎng)根據(jù)GAMIT q文件中N、E、U三分方向的分量誤差統(tǒng)計，相鄰點基線分量中誤差為水平±7.9mm、垂直±16.1mm，相對精度達到0.09ppm，完全符合國家GPS C級網(wǎng)限差要求。

關鍵詞：gamit；GPS C級網(wǎng)；基線解算；可靠性

1.引言

GPS C級控制網(wǎng)是內蒙古自治區(qū)現(xiàn)代大地測繪基準體系的重要組成部分，是對自治區(qū)境內已有的高等級GPS控制網(wǎng)的加密和補充，作為各類測繪工程的基準使用。目前，已完成全區(qū)十二個盟市的GPS C級網(wǎng)加密建設，所有GPS C級網(wǎng)均嚴格相關規(guī)范設計、布設和觀測。整個項目耗時長、工作量大，為反映觀測數(shù)據(jù)質量、減少后期補測反測，觀測數(shù)據(jù)的處理方法顯得尤為重要。GAMIT軟件是目前世界上最優(yōu)秀、最穩(wěn)定的高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件，可以有效提高GPS C級控制網(wǎng)的點位精度，解決部分質量較差的觀測數(shù)據(jù)達不到國家標準的問題。

2.研究區(qū)概況與觀測數(shù)據(jù)情況

2.1研究區(qū)概況

本文以內蒙古自治區(qū)東北部呼倫貝爾市GPS C級網(wǎng)為例，，由94座GPS C級網(wǎng)和19座GPS B級控制點組成均勻分布在整個呼倫貝爾市。研究區(qū)東鄰黑龍江省，南接興安盟，西和西南與蒙古國毗鄰，北和西北與俄羅斯交界，面積26.2萬Km2，境內地形復雜，涵蓋森林、湖泊、草原等地形地貌。呼倫貝爾市地勢西高東低，大興安嶺以東北—西南走向縱貫呼倫貝爾市中部，形成三大地形單元：大興安嶺山地為林區(qū)、嶺西為呼倫貝爾大草原、嶺東地區(qū)為低山丘陵與河谷平原。由于呼倫貝爾市特殊地形地貌環(huán)境，在GPS C級點點位設計與埋設過程中，部分控制點無法找到理想的環(huán)境，接收機GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)質量較差；其次，呼倫貝爾市面積較大，各控制點之間平均間距較長；最后，轄區(qū)內B級點成果老舊，部分已被人為破壞，發(fā)生明顯沉降和位移，需要剔除粗差，給解算帶來一定難度。

2.2觀測數(shù)據(jù)

呼倫貝爾市GPS C級網(wǎng)于2016年至2017年間觀測完成，全部采用美國天寶Trimble雙頻GPS R8-4接收機進行觀測，觀測25天，共有49個時段數(shù)據(jù)，觀測時間大于4h，每點觀測大于2時段。其中：2016年年積日為267、269、270、271、272、274、275、276、277、278、279、281、282、283、284、285、286共17天，2017年年積日為227、229、230、231、232、233、234、235、325、326、329、330共12天。

3. GAMIT軟件及數(shù)據(jù)處理方法

3.1 GAMIT簡介

GAMIT是美國麻省理工學院（MIT）和美國加利福尼亞大學SCRIPPS海洋研究所（SIO）共同研制用于定位和定軌的GPS數(shù)據(jù)分析軟件?；贔ortran語言和標準C語言編寫，包括多個獨立運行的程序化模塊。GAMIT廣泛應用于定軌及長距離定位，尤其是監(jiān)測全球性板塊的運動。與普通的GPS隨機處理軟件相比，GAMIT功能更加強大，在解算過程中引入了衛(wèi)星軌道和地球自轉參數(shù)估計、用模型改正各種地球物理效應（極移、歲差、章動、潮汐等）、對流層天頂延遲參數(shù)和大氣水平梯度參數(shù)估計、支持接收機天線相位中心的ELEV（隨衛(wèi)星高度角變化）模型改正、可選觀測值等權、反比于基線長度或隨高度角定權、同時提供載波相位整周模糊度分別為實數(shù)和整數(shù)的約束解及松弛解、數(shù)據(jù)編輯人工干預（CVIEW），也可自動處理（AUTCLN）。

采用GAMIT軟件處理雙差觀測值，采用最小二乘算法進行參數(shù)估計，可完全消除衛(wèi)星鐘差和接收機鐘差，能明顯減弱軌道誤差、大氣折射誤差等系統(tǒng)性誤差的影響。

3.2 GAMIT數(shù)據(jù)處理方法

（1）原始觀測數(shù)據(jù)處理

將觀測值轉為標準格式RINEX文件，由于觀測時天線量高方式為ARP，需要進行天線高歸化改正DHARP。同時，保證rinex頭文件中的接收機和天線類型與GMAIT表文件rcvant.dat中的接收機和天線類型保持一致。

（2）gamit軟件數(shù)據(jù)準備

①新建工程及文件夾brdc、rinex、tables、igs、gigs。

②更新表文件（tables文件夾）。利用filezilla命令鏈接服務器，找到更新的表文件進行更新，將更新后的表文件復制到新建工程文件夾中。通常來自IERS的地球自轉參數(shù)表ut1、pole.需要每日或每周更新；章動表nutabl、太陽星歷表soltab、月亮星歷表luntab.、跳秒表leap.sec需要每年更新；接收機/天線列表rcvant.dat在新儀器使用時需要更新；衛(wèi)星列表svnav.dat在新衛(wèi)星使用時更新；碼偏文件（P1-C1、P1-P2）dcb.dat需要月更新。

③利用sh_get_nav命令下載廣播星歷和精密星歷，利用sh_get_rinex命令下載北京房山（bjfs）、吉林長春（chan）、蒙古烏蘭巴托（ulab）3個IGS跟蹤站觀測數(shù)據(jù)。

④調整解算策略。本文中sestbl基線處理時模型控制文件及sittbl各測站的精度控制指標、已知坐標強約束、未知點松約束設置如下表3-1所示。

⑤獲取觀測點先驗坐標，制作lfile。本文利用rinex頭文件中各點位的概略坐標制作lfile.

⑥將觀測值（所有單一時段的RINEX文件）拷貝到RINEX文件夾下，同時將tables文件夾中的station.info文件拷貝到該文件夾下，利用sh_upd_stnfo -files *命令利用RINEX文件進更新station.info文件。查看更新后的station. info文件，確保每個點位觀測數(shù)據(jù)中儀器型號、儀器高度、天線型號、天線相位中心改正模型等參數(shù)正確。

（3）基線向量批處理

①利用sh_gamit命令將整網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)與IGS觀測站觀測數(shù)據(jù)進行批處理。

②查看q文件，若評價指標標準均方根nrms≤0.5，則認為基線解算成功，一般為0.25左右，數(shù)值越小越好；若>0.5，則認為周跳未修復。同時，查看每條基線處理的實際精度。若nrms超限或基線實際精度指標不符合要求，則調整策略重新解算。

③預平差處理，剔除粗差

若基線解算精度符合要求，則利用GAMIT/GOLBK模塊進行一次預平差（sh_glred命令）。平差時，將三個IGS跟蹤站當作已知點，原控制網(wǎng)中GPS B級控制點和GPS C級點觀測數(shù)據(jù)當作未知點進行解算。通過預平差結果，將不同時段點位坐標進行比對，排除不穩(wěn)定的B級控制點，剔除C級點因儀器型號或高程錯誤產(chǎn)生的粗差。

④基線解算

利用預平差坐標結果更新L-file文件，刪除IGS站點觀測數(shù)據(jù)進行基線解算。查看解算結果，若不超限，則提取所有q文件，在q文件中第二個基線解算結果前加入COSA平差軟件設定的gamit基線文件標識“COSAGPS FOR GAMIT Q-FILE”，接下來即可利用COSA軟件進行平差解算。

（4）整網(wǎng)平差

利用武漢大學研發(fā)的科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（CosaGPS V5.20）進行網(wǎng)平差。

4.基線處理結果與質量分析

4.1不同時段觀測數(shù)據(jù)粗差的發(fā)現(xiàn)與剔除

在GAMIT/GOLBK利用預平差處理后，對整個GPS網(wǎng)中同一點位不同時段間的平差結果坐標進行比較，將平面和高程誤差明顯過大（平面超過3cm，高程超5cm）的點進行數(shù)據(jù)分析，檢查原始觀測手簿。

不同時段平差結果誤差超限統(tǒng)計如表4-1所示：

在檢查原始觀測數(shù)據(jù)與外業(yè)觀測手簿后，將觀測數(shù)據(jù)中個別儀器高輸入錯誤的數(shù)據(jù)進行了更正，個別觀測時段與其余時段明顯不符的進行了數(shù)據(jù)剔除。

4.2 GPS網(wǎng)中B級控制點可靠性分析

呼倫貝爾市GPS C級網(wǎng)在觀測時聯(lián)測了呼倫貝爾市范圍內19個B級點進行同步觀測，基線解算合格后將以這些B級點的坐標成果為基準進行整網(wǎng)平差解算，為保證GPS C級點坐標成果的正確性與可靠性，必須先對作為控制點采用的B級點進行可靠性分析。利用預平差后B級點點位坐標數(shù)據(jù)與資料館提供的已知坐標數(shù)據(jù)進行比對，分析B級點的可靠性。B級控制點比較結果如表4-2：

分析發(fā)現(xiàn)，B767與B834兩點預平差成果與坐標資料成果明顯相差較遠，屬于外業(yè)找點時發(fā)生錯誤，不可用。而B765和B853與原坐標成果有一定差距，對這兩個B級控制點也進行了剔除。

4.3基線處理結果質量分析

利用Gamit進行解算，其質量好壞指標為nrms（單天解標準化均方差）。它表示單時段解出的基線值偏離其加權平均值的程度。nrms越小，其精度越高。通常情況下0.5以下視為合格，一般在0.25左右。本項目共涉及49個時段的數(shù)據(jù)，其nrms分布區(qū)間統(tǒng)計見表4-3：

由表4-3可知，本次基線處理結果中nrms全部小于0.25，質量較好，基線解結果可以進行精度統(tǒng)計和平差處理。

4.3.1相鄰點基線分量中誤差

相鄰點基線分量精度誤差在GAMIT基線解q文件中以N、E、U三分方向給出分量誤差，由此統(tǒng)計出的相鄰點基線分量中誤差見表4-4。

4.3.2同步環(huán)檢核

Gamit軟件采用的是全組合網(wǎng)解，同一時段同步環(huán)閉合差在基線解算時，已經(jīng)進行了分配，由同步基線組成的同步環(huán)閉合差均為0。將每個時段的基線文件導入科傻GPS軟件中進行同步環(huán)閉合差統(tǒng)計，結果如圖4-1所示：

4.3.3重復基線檢核

重復基線檢核檢核采用科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（cosa）軟件，基線總計1310條，其中復測基線689條，結果全部合格。

4.3.4異步環(huán)檢核

利用科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（cosa）軟件進行異步環(huán)閉合差檢驗，共513個異步環(huán)，結果全部合格。

4.4網(wǎng)平差結果統(tǒng)計

網(wǎng)平差軟件使用科傻GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（cosagps），進行三維無約束平差及三維約束平差。平差基準采用2000國家大地坐標系，坐標框架為ITRF97，歷元為2000.0。下面以最終的三維約束平差結果進行統(tǒng)計分析。

三維約束平差基準為2000國家大地坐標系，以B760、B763、B765、B777、B779、B784、B792、B802、B805、B808、B818、B824、B828、B836、B844和B845點的三維坐標作為起算依據(jù)進行約束平差。

4.4.1基線向量精度統(tǒng)計

基線向量殘差統(tǒng)計，見表4-5。

4.4.2點位精度統(tǒng)計

三維約束平差，點位誤差最大點（最弱點）是C505，誤差為4.11cm。整網(wǎng)點位中誤差為±1.86cm。

4.4.3相對精度統(tǒng)計

控制網(wǎng)平均邊長為78.05km，最弱邊C450-C474，邊長20053.931m，相對精度為1/1906000（0.52ppm）。平均相對誤差為0.08ppm。

5.結語

GAMIT相對于其他GPS數(shù)據(jù)處理軟件，在觀測數(shù)據(jù)處理方面有如下優(yōu)勢：（1）采用批處理模式，實現(xiàn)整網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)自動批處理；（2）解算時引入精密星歷、天線動態(tài)相位中心模型、海潮模型、對流程延遲改正模型等參數(shù)，在求解長距離基線時能達到更高的精度；（3）基線處理采用的是全向量解，在基線解算的過程中，將同步環(huán)閉合差進行了誤差分配，基線解算完成后每個時段的同步觀測基線組成的同步環(huán)其閉合差都為0，省去了反復“調整基線—導出數(shù)據(jù)—同步環(huán)檢驗”的循環(huán)過程；（4）利用GAMIT/GOLBK模塊進行預平差，通過對預平差結果比對分析，可將觀測數(shù)據(jù)中的粗差剔除。

在實際工程應用中，對于小范圍內幾個、十幾個控制點的小GPS觀測網(wǎng)或者對測量精度要求不高的低等級GPS網(wǎng)，Gamit的優(yōu)勢與解算速度并不明顯。但是對于大范圍、高等級、點位多的控制網(wǎng)如GPSB/C級網(wǎng)或省級CORS網(wǎng)基線解算、網(wǎng)平差或穩(wěn)定性分析時，GAMIT有著非常大的優(yōu)勢，可明顯提高解算效率和精度。

參考文獻：

[1]GB/T18314-2009.全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范[S].

[2]鄂棟臣，詹必偉，姜衛(wèi)平等.應用GMIAT/GLOBK進行高精度GPS處理[J].極地研究， 2005， 9：196-199.

[3]劉友文.基于GAMIT的連續(xù)運行參考站的基線處理[J].地礦測繪，2016， 25（4）：4-6.

[4]孫建，王勇. GAMIT在工程測量方面的使用技巧[J].礦山測量， 2006，（1）：56-58.

[5]程寶銀，陳義.應用GAMIT進行高精度GPS基線數(shù)據(jù)處理[J].現(xiàn)代測繪， 2009， 32（2）：46-48.