高校畢業(yè)生專業(yè)優(yōu)勢(shì)在JLCORS網(wǎng)絡(luò)解算中的應(yīng)用

李 旸，劉俊清

（1. 長(zhǎng)春大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130022；2.吉林省地震局，吉林 長(zhǎng)春 130117）

高校畢業(yè)生專業(yè)優(yōu)勢(shì)在JLCORS網(wǎng)絡(luò)解算中的應(yīng)用

李 旸1，劉俊清2

（1. 長(zhǎng)春大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130022；2.吉林省地震局，吉林 長(zhǎng)春 130117）

應(yīng)用GNSS后處理軟件GAMIT/GLOBK對(duì)JLCORS網(wǎng)絡(luò)參考站坐標(biāo)進(jìn)行解算。選擇周邊IGS站作為控制點(diǎn)，采用衛(wèi)星軌道、站點(diǎn)松弛解策略。最終獲得41個(gè)站近3年的單天解時(shí)間序列，東西向坐標(biāo)NRMS值平均為1.35，WRMS值平均為2.50。同時(shí)對(duì)GAMIT處理單天解流程以及處理過(guò)程中應(yīng)注意的有關(guān)問(wèn)題做了較詳細(xì)的討論，對(duì)區(qū)域級(jí)CORS系統(tǒng)的高精度數(shù)據(jù)處理和分析具有重要參考價(jià)值。

GNSS；GAMIT；時(shí)間序列；ITRF08

P315.69

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.019

1674-8565（2017）04-0105-04

2017-07-07

2017-10-10

李旸（1988-），男，吉林省長(zhǎng)春市人，畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，碩士，助教，現(xiàn)主要從事高校學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)等方面的工作。E-mail: 1070911808@qq.com

0 引言

GNSS數(shù)據(jù)處理分為預(yù)處理與后處理，前者通常使用TEQC軟件[1]把接收機(jī)輸出的二進(jìn)制格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的RINEX格式，然后對(duì)站觀測(cè)數(shù)據(jù)歷元、周跳、多路徑效應(yīng)等進(jìn)行檢查與評(píng)估。數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，可以輸入后處理程序進(jìn)行嚴(yán)格的去粗差、平差處理，獲得測(cè)站坐標(biāo)、測(cè)站運(yùn)動(dòng)速度及網(wǎng)邊長(zhǎng)等。目前主流的高精度后處理軟件有GAMIT/GLOBK、GIPSY、BERNESE。

GAMIT/GLOBK軟件[2]是目前全球三大高精度GNSS后處理軟件之一，80年代由MIT（麻省理工學(xué)院）與加州理工學(xué)院的海洋研究所（SIO）聯(lián)合開發(fā)，在UNIX操作系統(tǒng)的服務(wù)器上運(yùn)行。GAMIT部分處理載波相位的雙差觀測(cè)量，參數(shù)估計(jì)方法使用最小二乘算法進(jìn)行，GLOBK部分采用卡爾曼濾波算法，可以綜合其它大地測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整體平差，使用精密星歷及IGS站作為控制點(diǎn)，對(duì)于長(zhǎng)基線的解算結(jié)果，公認(rèn)的相對(duì)精度最高可達(dá)10-9[3,4]，較短基線的解算結(jié)果精度為毫米級(jí)。經(jīng)過(guò)幾代GNSS科學(xué)家的不懈努力，后處理程序的功能得到不斷增強(qiáng)，目前是10.5版本，未來(lái)計(jì)劃增加俄羅斯GLONASS系統(tǒng)及中國(guó)BEIDOU系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后處理功能。這一軟件是目前國(guó)內(nèi)各大高校和研究機(jī)構(gòu)使用的GNSS處理軟件，大多用于教學(xué)及地球動(dòng)力學(xué)研究。本文使用GAMIT/GLOBK軟件進(jìn)行JLCORS網(wǎng)絡(luò)參考站后處理，詳細(xì)介紹了處理方案。

1 GAMIT/GLOBK軟件使用方法

GAMIT/GLOBK使用FORTRAN語(yǔ)言編寫，由許多功能模塊組成，這些模塊均可以獨(dú)立地運(yùn)行。按其程序使用方法可分成兩個(gè)大的部分，即數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)處理。另外，開發(fā)者開發(fā)了大量的linux shell腳本[5-7]，組織各個(gè)模塊的運(yùn)行。GLOBK軟件實(shí)際上是卡爾曼濾波器(卡爾曼濾波理論是一種對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的有效方法，它利用觀測(cè)向量來(lái)估計(jì)隨時(shí)間不斷變化的狀態(tài)向量)，他的主要功能是聯(lián)合多種測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)平差。GLOBK的主要輸入是經(jīng)GAMIT處理后的h-file和近似坐標(biāo)，當(dāng)然，它亦已成功地應(yīng)用于綜合處理其它的GPS軟件（如Bemese和GIPSY）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及其它大地測(cè)量和SLR觀測(cè)數(shù)據(jù)。GLOBK的結(jié)果主要包括：測(cè)站平均坐標(biāo)、測(cè)站時(shí)間序列、測(cè)站速度以及不同時(shí)段GNSS衛(wèi)星的軌道參數(shù)，GLOBK的功能還包括有效地檢驗(yàn)各種約束條件對(duì)結(jié)果的影響，通常在后處理中用非常寬松的約束條件，這是為了在GLOBK處理過(guò)程中可以根據(jù)不同需要進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的強(qiáng)約束。GAMIT在數(shù)據(jù)處理階段有5個(gè)核心模塊，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 GAMIT部分模塊組成示意圖Fig.1 The schematic diagram of GAMIT modules

圖中，ARC對(duì)衛(wèi)星軌道進(jìn)行積分，衛(wèi)星軌道的確定是用衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行數(shù)值積分的；MODEL模塊是對(duì)觀測(cè)方程求偏導(dǎo)數(shù)；AUTCLN自動(dòng)修復(fù)周跳，周跳修復(fù)模塊還包括：SINCLN(單站自動(dòng)修復(fù)周跳)、DBLCLN (雙站自動(dòng)修復(fù)周跳)、CVIEW (人工修復(fù)周跳)；CFMRG的功能是為最后一個(gè)模塊創(chuàng)建觀測(cè)方程文件(M-file)，選擇和定義相關(guān)參數(shù)；SOLVE模塊是使用最小二乘法獲得觀測(cè)方程的最優(yōu)解。還有一些輔助模塊：MAKEXP是一個(gè)shell腳本，組織數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分各個(gè)程序；MAKEJ用來(lái)生成GNSS衛(wèi)星的鐘差文件；MAKEX是標(biāo)準(zhǔn)化輸入文件，其功能是把原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的格式（RINEX）轉(zhuǎn)換成GAMIT的標(biāo)準(zhǔn)文件格式；BCTOT（NGS．TOT）將星歷格式（RINEX、SP3、SP1）轉(zhuǎn)換成GAMIT所需的文件格式；FIXDRV為在數(shù)據(jù)處理的最后階段組織各個(gè)批處理腳本。

在GNSS數(shù)據(jù)后處理中的輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分是非常重要的，也是工作量比較大的一個(gè)步驟，GAMIT部分處理過(guò)程大致可歸結(jié)為兩大部分，即輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)處理。

（1）輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分：首先是JLCORS所有參考站30秒采樣率的RINEX文件，然后測(cè)站先驗(yàn)坐標(biāo)文件及測(cè)站觀測(cè)信息文件的編輯，下載更新各種表文件及衛(wèi)星軌道文件等。選擇幾個(gè)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，用來(lái)估計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，還可以在后面的處理中有目標(biāo)的修改解算方案。

（2）數(shù)據(jù)處理部分：這部分主要執(zhí)行一個(gè)程序（FIXDRV）生成批處理文件，這個(gè)過(guò)程中需要調(diào)用GAMIT部分的5大模塊來(lái)完成。這些模塊可以單獨(dú)運(yùn)行，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤以及結(jié)果不符合要求，需要單獨(dú)運(yùn)行相應(yīng)的模塊重新計(jì)算。

評(píng)定GPS測(cè)站坐標(biāo)精度的一個(gè)重要指標(biāo)是坐標(biāo)重復(fù)率，在幾個(gè)時(shí)段處理中使用，是觀測(cè)網(wǎng)內(nèi)符合精度的指標(biāo)，它的值越小，坐標(biāo)的內(nèi)符合精度就越高，坐標(biāo)質(zhì)量就越好，反之，內(nèi)符合精度越低，質(zhì)量就越差。坐標(biāo)重復(fù)率的計(jì)算公式[7]如下：

式中，n表示同一參考站同步觀測(cè)時(shí)段數(shù)，Ci表示一個(gè)時(shí)段某一坐標(biāo)分量或基線長(zhǎng)度，為各時(shí)段的加權(quán)平均值，為該時(shí)段對(duì)于分量Ci的方差。

2 吉林省連續(xù)運(yùn)行GNSS參考站系統(tǒng)（JLCORS）介紹

CORS系統(tǒng)理論源于上世紀(jì)八十年代，加拿大首先提出了一個(gè)“主動(dòng)控制系統(tǒng)（Active Control System）”的概念。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)在連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）能夠常年連續(xù)不斷地運(yùn)行。服務(wù)于地球動(dòng)力學(xué)、地震監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)、高精度中短期天氣狀況的數(shù)值預(yù)報(bào)等。它不僅滿足各種測(cè)繪、基準(zhǔn)需求，還滿足地震地殼形變監(jiān)測(cè)需求[8-10]。目前，很多國(guó)家建立了國(guó)家級(jí)、區(qū)域級(jí)的CORS網(wǎng)絡(luò)，吉林省連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)（Jilin Continuously Operating Reference Station，JLCORS）由吉林省測(cè)繪局建設(shè)（圖1），圖中黑色正三角表示設(shè)計(jì)參考站。是我國(guó)地區(qū)（?。┘?jí)的連續(xù)運(yùn)行的參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它通過(guò)在全省范圍內(nèi)建立的永久性參考站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，構(gòu)成新一代的網(wǎng)絡(luò)化的大地測(cè)量系統(tǒng)，把全球定位系統(tǒng)（GNSS）這一高新技術(shù)綜合應(yīng)用于吉林省的大地測(cè)量、工程測(cè)量、氣象監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)以及城市地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域，2014年12月已經(jīng)建成49個(gè)站并投入運(yùn)行[11]。

圖2 JLCORS基準(zhǔn)站分布圖Fig.2 The distribution map of JLCORS reference station

3 時(shí)間序列結(jié)果

GAMIT部分是處理GNSS觀測(cè)的差分觀測(cè)量，這種方法需要很多次迭代過(guò)程，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。而且處理時(shí)間根據(jù)觀測(cè)網(wǎng)內(nèi)的觀測(cè)站數(shù)量呈指數(shù)，一般40～50個(gè)站的網(wǎng)比較合適，如果測(cè)站數(shù)量大于這個(gè)數(shù)，需要分成多個(gè)網(wǎng)來(lái)處理。在單天解處理過(guò)程結(jié)束后，GAMI會(huì)同時(shí)給出待估計(jì)參數(shù)的緊約束和無(wú)約束結(jié)果。在JLCORS坐標(biāo)時(shí)間序列研究中，需要單天無(wú)約束松弛解。需要指出的是，在處理過(guò)程中我們對(duì)衛(wèi)星軌道和測(cè)站坐標(biāo)均施加了一定的約束，其中部分測(cè)站予以水平向 5cm，垂向 10cm 的約束。單天松弛解在測(cè)量學(xué)中稱為無(wú)基準(zhǔn)解，還需要把單天解融入到一個(gè)無(wú)基準(zhǔn)區(qū)域網(wǎng)，做坐標(biāo)七參數(shù)相似變換將其轉(zhuǎn)入ITRF2008參考框架，部分結(jié)果如表1所示。

表1 JLCORS參考站(EDAO)坐標(biāo)時(shí)間序列

4 結(jié)論

GAMIT/GLOBK程序作為高精度GNSS后處理軟件，適合處理40～50個(gè)站的中等規(guī)模的CORS網(wǎng)，對(duì)于網(wǎng)端基線需要引入對(duì)流層改正模型，可以設(shè)定每2小時(shí)計(jì)算一個(gè)改正數(shù)，對(duì)于網(wǎng)內(nèi)相鄰點(diǎn)，具有較短的基線長(zhǎng)度，可以不考慮對(duì)流層折射影響。由于JLCORS網(wǎng)絡(luò)參考站為連續(xù)觀測(cè)站，數(shù)據(jù)量巨大，采用30s采樣率參與計(jì)算，這樣就可以剔除一些多路徑影響嚴(yán)重的時(shí)段，提高解算精度。對(duì)于控制點(diǎn)的選擇，可以搜索周邊觀測(cè)質(zhì)量好的ISG站或者陸態(tài)網(wǎng)站，需要4個(gè)以上的基站就能滿足精度要求。

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Application of Professional Advantages of College Graduates in JLCORS Network Solution

LI Yang1, LIU Jun-qing2

(1. Changchun University, Jilin Changchun 130022, China;2. Jilin Earthquake Agency, Jilin Changchun 130117, China)

We use the professional advantages of college graduates, and combine production organization to expand the practice and application. GNSS post-processing software GAMIT/GLOBK, the JLCORS network reference station to carry out the solution. Select the peripheral IGS station as a control point, using the satellite orbital relaxation solution strategy. Finally one day nearly 3 years of the 41 station sequence, something to coordinate NRMS for an average of 1.35, with an average of 2.50 WRMS. Should pay attention to the problem of GAMIT treatment process and single day solution treatment process is discussed in detail, the CORS system of high precision data processing and analysis has important reference value

GNSS; GAMIT; Time series; ITRF08