GAMIT软件的功能特点与应用实例分析

GAMIT软件的功能特点与应用实例 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 GAMIT 新版GAM IT软件的功能特点与应用实例分析 马洪滨,贺黎明 (东北大学测绘遥感与数字矿山研究所,辽宁沈阳 110004) 摘要:随着GAMIT软件的不断升级,从2000年起随软件包一起提供的一个由C-shell写成的自动批 处理脚本程序sh_gamit更是将繁琐的数据准备和处理工作集成化,简化了GAMIT 软件的使用。从 GAMIT10?3版之后,GAMIT提供一种全新的EXE可执行文件安装模式,简化了 GAMIT软件的安装过 程。文中主要介绍了新版GAMIT的功能特点、安装过程,并结合实例介绍了其简化后的使用方法。 关键词:GAMIT; LINUX; GPS;高精度;数据处理 中图分类号:P228?4 文献标识码:B 文章编 号:1001-358X(2008)03-0035-05 GAMIT软件,解算精度高、运算速度快、且可供 研究和教育部门无偿使用,通过正式途径便可得到 使用许可证。随着GAMIT软件的不断升级,从2000 年起随软件包一起提供的一个由C-shell写成的自 动批处理脚本程序sh_gamit将繁琐的数据准备和处 理工作集成化,简化了GAMIT软件的使用。从 GAMIT10?3版之后,GAMIT提供一种全新的EXE可 执行文件安装模式,简化了GAMIT软件的安装过 程[1]。本文介绍新版GAMIT的功能特点、安装过 程,并结合实例介绍其简化后的使用方法。 1 GAM IT软件功能简介 GAMIT软件主要由以下几个模块组成:ARC(轨 道积分)、MODEL(组成观测方程)、SINCLN(单差自 动修复周跳)、DBLCLN (双差自动修复周跳)、 CVIEW(人工交互式修复周跳)、CFMRG(用于创建 SOLVE所需的M文件)、SOLVE(利用双差观测按最 小二乘法求解参数)。GAMIT软件处理双差观测量, 采用最小二乘算法进行参数估计,采用双差观测量 的优点是可以完全消除卫星钟差和接收机钟差的影 响,同时也可以明显减弱诸如轨道误差、大气折射误 差等系统性误差的影响。新版GAMIT软件主要功 能和特点如下[1, 2]: (1)卫星轨道和地球自转参数估计; (2)地面测站的相对定位计算; (3)用模型改正各种地球物理效应(极移、岁差、 章动、潮汐等); (4)对流层天顶延迟参数和大气水平梯度参数 估计; (5)支持接收机天线相位中心的ELEV(随卫星 高度角变化)模型改正(现在IGS推荐应用绝对相位 中心改正); (6)可选观测值等权、反比于基线长度或随高度 角定权; (7)同时提供载波相位整周模糊度分别为实数 和整数的约束解及松弛解; (8)数据编辑可人工干预(CVIEW),也可自动 处理(AUTCLN)。 2 GAMIT软件安装准备 2?1 操作系统的选择和安装 目前, GAMIT软件设计基于支持X-W indows 的UNIX系统,现发行的版本已测试通过的系统有 Solaris 2?5 - 8, HP -UX 9, 10, 11, Digital Unix (OSF1 V4?0), IRIX 6?4, Linux (RedHat5?1-7?3, Fedora Core 3-7, Mandrake, andGentoo),MacOSX 2-5,本文以最新版的GAMIT 10?33和Redhat升级 版本Fedora Core 7?0为例来介绍其安装与使用过 程。 首先确保电脑上有足够的空间来安装LINUX, 为以后大量数据处理的需要,在这推荐至少有15G 的空闲硬盘空间。LINUX系统的安装可选择从光盘 安装,硬盘安装或网络安装,一般选择从光盘安装。 在光驱中插入安装光盘,从光盘引导后,根据安装向 导的提示,就能完成LINUX系统的安装[3]。另外, 如果PC机具有足够大的内存,也可以使用虚拟机进 行LINUX系统的安装,这样可以不需重启电脑进行 多操作系统间的切换。 2?2 GAMIT软件所需编译器的安装 LINUX系统的C和Fortran编译器系统默认的 文件选项中MAXUNIT为100,而GAMIT软件源代码 中则要求MAXUNIT为10000。如果不进行修改而 直接进行GAMIT软件的安装,虽能完成安装,但安 装后将无法正常运行。但随着GCC版本的不断更 新,现在GUN发布的GCC4?2或更高版本则不再存 在这个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。如果你的操作系统默认的编译器高于 4?2版,则不需要对编译器进行重新编译和安装。如 果你的操作系统默认的编译器低于4?2版,则需重 新编译和安装GCC,安装GCC的步骤如下:用户可 以从网站(http: //gcc?gnu?org)上下载GCC编译器 3?4?4或以上版本的源代码,拷贝至/usr/gcc目录 下,进入该目录,用tarxvfzgcc-3?4?4?tar?gz命令将 其解压后,找到gcc-3?4?4?tar?gz/libf2c/libI77/目 录下的fio?h文件,用vi命令打开,将#defineMAX- UNIT 100这一行改为10000,保存后,退到/usr/gcc 目录,重新进行编译和安装GCC。 3 GAM IT软件安装 3?1 传统安装方法 从麻省理工学院的FTP服务器( ftp: // chandler?mit?edu)的/updates/source目录下,下载 GAMIT安装所需软件包,其中包括安装批处理文件 install_software、更新批处理文件install_updates和几 个以?tar或?tar?Z结尾的压缩文件,以10?33版为 例,分别为: install_software 安装批处理文件 install_updates更新批处理文件 com?10?33?tar?Z组件压缩包 gamit?10?33?tar?Z gamit软件压缩包 help?10?33?tar?Z帮助系统压缩包 kf?10?33?tar?Z kf软件压缩包 libraries?10?33?tar?Z库文件压缩包 maps?10?1?tar?Z地图数据压缩包 tables?10?33?tar?Z表文件压缩包 example?10?33?tar示例文件压缩包 GAMIT安装可直接在根目录/下进行,也可安装 在Linux系统已有目录下进行,本文选择在已有目录 下安装。在LINUX系统中创建/home/gamit目录,将 上述GAMIT安装文件拷贝至此。由于安装文件都 是以压缩包的形式发布的,需要对其进行解压,解压 可以使用LINUX系统命令进行也可使用GAMIT提 供的安装脚本?/install_software来解压文件。 在安装软件前,需要对相关文件选项进行配置。 首先,要对安装程序的配置文件Makefile?config进行 修改。与系统相关的设置主要是库文件和编译器的 路径设置,在linuxFC 7?0下设置的路径为: X11LIBPATH /usr/lib/X11 X11INCPATH /usr/include/X11 与GPS数据处理相关的几个参数为: MAXSIT最大测站数 默认值55 MAXSAT最大卫星数默认值32 MAXATM最大天顶延迟参数默认值13 MAXEPC最大历元数默认值2880 以上几个参数可根据用户的实际研究需要作相 应的修改。做好这些准备就可以安装软件了,进入/ home/gamit目录,运行命令?/install_software,然后根 据屏幕给出的提示给予回应,可以完成安装。 3?2 改进方法安装 上述安装方法的优点是可以修改与GPS数据处 理相关的参数,对于在数据处理方面有特殊要求的 用户需使用这种方法,但如果处理的GPS数据不会 多于55个站点,且对于历元数没有特殊要求,则可 以选择更简便的安装方法,即改进的可执行文件方 式安装方法。对于这种新的安装方式,当前GAMIT 版本适用于Linux,HP,和MacOSX (PowerPC and In- tel)等操作系统。 如果用exe可执行文件的方式安装软件,除了 拷贝上述安装文件之外,还需从GAMIT安装包目 录/updates/source/ exceutables/linux/10?33下另外 拷贝所需的e' xecutables_{n}?tar'文件到操作系统中。 然后运行命令?/install_software -exe。脚本将会自 动进行如下操作: —解压源文件 —解压exe可执行文件到/home/gamit/bin目录 下 —提示你设置路径 —根据屏幕提示给予回应,即可完成安装。 3?3 GAMIT软件路径配置 上述安装过程完成之后,GAMIT软件并不能正 常运行,需对?cshrc文件进行配置。将路径/home/ gamit/com、/home/gamit/gamit/bin、/home/gamit/kf/ bin,加入到LINUX的PATH中。这样做是因为在控 制台中运行程序时,使用的是bash shel,l若不改写C shell配置文件,会导致系统无法从路径中调用到 GAMIT的命令。另外将/home/gamit/help也加入到 ?cshrc文件中,使GMAIT的帮助文件生效。保存对 ?cshrc文件的修改,重启计算机,这样GAMIT软件才 算真正地完成了安装,可以正常使用。 4 实例分析 GAMIT软件处理GPS数据的过程非常复杂,但 随着GAMIT软件的不断升级,数据筛选和编辑完全 可由数据自动编辑模块AUTCLN完成。FIXDRV模 块将数据处理部分的工作集为一体,使数据处理变 得简单易行。从2000年起随软件包一起提供的一 个由C-shell写成的程序sh_gamit更是将繁琐的数据 准备和处理工作集成化,只要在数据处理之前将各 种数据文件和表文件准备好并进行相应文件的配 置,整个数据处理过程只需一个命令即可完成。 4?1 数据来源 本文选取了《石佛寺水库大坝无线智能GPS四 维变形监测控制系统研究》项目,于2006年(年积日 为132、133)和2007年(年积日为209、210)石佛寺 水库大坝两个GPS基准点JZ01、JZ02与四个IGS国 际跟踪站联测的GPS观测资料。两端基准点联测选 定测区周围的4个IGSGPS跟踪站(北京房山、韩国 仁川、俄罗斯伊尔库次克、蒙古南萨哈林斯克)与基 准点进行了长达48小时的联测,求得起算点在ITRF 2000框架中的起算坐标。分别在2006年和2007年 各观测一次,来分析起算点的稳定性。以2007年观 测数据为例,介绍其解算过程。 4?2 数据准备及文件配置 建立expt工作目录,在/expt目录下建立brdc、 igs、rinex、tables四个子目录。在brdc目录中准备导 航文件brdc2090?07n、brdc2100?07n,在igs目录中准 备GPS卫星星历igs14376?sp3、igs14380?sp3,在 rienx目录中准备该天的所选用的各个观测站的观测 文件o-files,在tables目录中准备autcln?cmd, process?defaults, sites?defaults, station?info, sestbl?, sittbl?五个文件。它们分别是: autcln?cmd 周跳自动探测和修改命令表 process?defaults sh_gamit命令控制文件 sites?defaults测站选择控制文件 station?info测站信息文件 sestbl?测段信息控制文件 sittbl?测站信息控制文件 如果处理的数据观测日期早于GAMIT新版本 发布日期,那么不需更新其他的参数文件即可直接 进行处理。如果处理的数据观测日期晚于GAMIT 版本发布日期,一种方法是更新GMAIT软件,另一 种方法是在GMAIT安装目录下的/tables目录中更 新相应的表文件,需更新的表文件如下: 差分码偏差表dcb?da,t接收机及其天线型号对 照表rcvan?da,t用户自定于接收机及天线型号对照 表guess_rcvan?da,t仪器高参数表hi?da,t天线相位 中心改正表antmod, da,t地球形状参数表gdetic?da,t 跳秒表leap?sec,月亮表luntab?,章动表nutabl?,太 阳表soltab?,星号对照表svnav?da,t极移表pole?, TAI-UT1国际时间系统表ut1?,坏卫星信息文件 svs_exclude?dat。 上述需更新的表文件,可以在SOPAC网站(ht- tp: //sopac?ucsd?edu/processing/gamit/)进行更新。 其中太阳表、月亮表、章动表和跳秒表每年都要更新 一次,差分码偏差表每月更新一次,国际时间系统表 和极移表每天或每个星期更新一次,当有新卫星发 射时星号对照表需要更新,当在用卫星出现异常时, 坏卫星信息文件需要更新,当有新的接收机或天线 出现时,与接收机/天线有关的表文件需要更新。 值得注意的是, tables目录中的六个文件, au- tcln?cmd, process?defaults文件一般不需修改,其他 四个文件应该根据实际处理的情况做相应的修改。 编辑station?info文件:可通过删除sites?defaults 文件中设置的x' stnfo'参数来自动更新Rinex头文件中 的信息,也可手动更新,更新内容包括:X、Y、Z方向 的高度和接收机型号、天线型号,天线高度,开始时 间,结束时间等信息。 编辑sestbl?文件:数据处理 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 核心控制文件, 内有解的类型(松弛、基线)及其迭代次数、观测量类 型、卫星高度角、天顶延迟参数个数、海潮改正模型、 对流层误差模型等参数,可通过修改不同的设置组 合达到解算目的。 编辑sittbl?文件:检查是否包括每个选用测站 的信息,根据实际情况补全测站信息,并对每一个站 设置先验约束。 编辑sites?defaults文件:编辑指定将使用哪些本 地或IGS国际跟踪站站点,并指定其元数据的处理 方式。 4?3 GAMIT简化使用方法 数据处理使用GAMIT软件提供的一个由C- shell写成的自动批处理脚本程序sh_gamit。它将繁 琐的数据准备和处理工作集成化,整个数据处理只 需输入一条命令即可完成。sh_gamit格式为: sh_gamit 其中比较重要的参数有: -expt 四个字符的工程名(默认为: ex- pt) -d yr days yr和days是处理数据的年份和 年积日,例如: 2007 209 210 -d yr d1 d2 yr为年份, d1为开始年积日, d2 为结束年积日,例如: 2007 209 306 -orbit使用卫星轨道类型(IGSP IGSR IGSF SIOP SIOR SIOF)(默认为: SIOF) 其他参数可参考sh_gamit帮助文件。 进入工作目录/exp,t键入命令: sh _ gamit—expt expt—d 2007 209 210—orbit IGSF sh_gamit自动进行的操作有:检查目录并自动创 建;建立各种公共参数文件的链接;检查文件并自动 下载缺失文件;执行单日GAMIT处理;输出结果。 4?4 GAMIT软件处理结果评价 此次数据处理例子是联测区域框架网。解算的 精度与可靠性主要看以下几个方面: (1)GAMIT计算得到的单天解标准化均方差 postfitnrms是衡量单天解质量的重要指标之一,据 国内外GPS数据处理经验,其值一般应约为0?2或 更小,若nrms太大,则说明处理过程中周跳可能未 得到完全修复或某一参数的解算存在很大偏差或解 算模型设定有误。本例中的nrms值都小于0?2,但 即使nrms值较小,还需仔细查看autcln?sum文件, 进一步确定观测站和卫星数据有无异常情况。 (2)检查sh_gamit_doy?summary文件,查看平均 RMS(均方根)和最好/最差两个站点的RMS值, RMS值一般应小于8 mm但不为0,最大不超过15 mm。若最好的站点RMS值为0或最差的站点RMS 值大于15 mm,则存在数据质量问题[4]或其他原因。 本算例中各个站点的RMS值均满足要求。 (3)坐标结果的评价指标:一般以坐标重复率来 衡量坐标解算结果的好坏。以XiYiZi表示某一测站 在i测段(i=1,2,……,n),其中n为测段数算得的 坐标,则某一测站坐标分量的重复率为: σX=? n i=1 Pxi(Xi--X)2 ? n i=1 Pxi ,σY=? n i=1 Pyi(Yi--Y)2 ? n i=1 Pyi ,σZ=? n i=1 Pzi(Zi--Z)2 ? n i=1 Pzi (1) 其中,σX,σY,σZ分别为某测站的坐标分量重复 率,Pxi,Pyi,Pzi为i测段解得坐标分量的中误差平方 倒数,-X,-Y,-Z为坐标分量加权平均值均值: -X =? n i=1 PxiXi ? n i=1 Pxi ,-Y =? n i=1 PyiYi ? n i=1 Pyi ,-Z =? n i=1 PziZi ? n i=1 Pzi (2) (4)基线结果的评价指标[5]:GAMIT软件解算 长基线的相对精度能达到10-9量级,解算短基线的 精度能优于1毫米。各时段解向量的重复性反映了基 线解的内部精度,是衡量基线解质量的一个重要指 标。其定义为: R = n n -1? n i=1 (ci--c)2 σ2i ? n i=1 1 σ2i 1 2 (3) 式中:Ci是各时段解基线的各分量;σ2i是相应分 量的协方差;-C为相应基线分量加权平均值;R为相 应的重复性。进一步以基线重复性为观测值,用线性 拟合求出重复性常数部分和与边长成比例的部分: σ=a +bl 式中:σ为分量的重复性精度指标,a为分量的 固定误差,b为相对比例误差系数, l为基线的长度。 本算例中由于存在短基线,基线重复性无论是 在水平方向还是在垂直方向都优于10-8,每期观测 数据的基线重复性见表1。 表1 每期观测数据的基线重复性 南北方向 mm + 10-8 东西方向 mm + 10-8 高程方向 mm + 10-8 基线长度 mm + 10-8 2006 2?51 0?38 1?99 0?27 4?57 0?98 1?11 0?84 2007 1?64 0?26 1?37 0?54 3?26 0?79 1?08 0?73 38 5 总 结 (1)数据处理结果表明,GAMIT软件所获得的 基线解是高精度的,对于超长基线的相对精度能达 到10-9。本项目GAMIT计算之后,用GLOBK平差 结果列于表2。 表2 两期测定的基准点JZ01、JZ02大地坐标值 基准 点年份大地纬度?′″大地经度?′″大地高m JZ012006 42: 10: 07?896403 123: 25: 48?924800 88?6566 2007 42: 10: 07?896421 123: 25: 48?924787 88?6556 JZ022006 42: 12: 29?778954 123: 33: 11?135319 119?4592 2007 42: 12: 29?778929 123: 33: 11?135311 119?4585 从表2可看出,两期测定的经纬度和大地高误 差非常小,一是说明基准点稳定可靠,二说明GAMIT 软件解算精度高,远能满足大坝变形监测的精度要 求。 (2)GAMIT软件是一个大型而复杂GPS数据处 理软件,在实际使用上会遇到各种各样问题,这就需 要在实践中不断摸索、总结。根据数据处理实践,提 出如下建议: a、若解算的GPS网站点较多,范围较大,建议不 要固定台站点,若某一站的精确大地坐标已知(如 IGS跟踪站),可强约束,同时把卫星轨道作适当松 驰,可有效提高解算精度[6]。若GPS网较小,可以通 过固定一个已知精确大地坐标的点来提高解算精 度。 b、在使用GAMIT进行数据处理时,最容易出现 问题的地方是sh_gamit命令自动生成先验坐标文件 精度低,导致解算失败,处理方法是使用sh_rx2apr 命令手动生成先验坐标文件[7]。 c、在进行数据处理之前应做数据质量检查,若 原始数据存在观测质量问题,会导致数据处理失败。 致谢:感谢美国MIT的RobertKing教授在软件 实现以及数据处理方面的建议和帮助。 《矿山测量》第4期 马洪滨等:新版GAMIT软件的功能特点与应用实例分析 2008年10月