GAMIT/GLOBK 軟件在地殼形變監測中的應用

紀海源，何遠梅，王拉出，殷 瓊

（1.陜西工業職業技術學院，陜西咸陽；2.中國有色金屬工業西安勘察設計研究院有限公司，陜西 西安；3.陜西新旅程測繪科技有限公司，陜西 西安）

1 GNSS 監測概況

隨著全球衛星導航系統 (Global Navigation Satellite System，GNSS)的快速發展，連續GNSS 監測技術在地殼變形監測中得到了廣泛應用，對連續GNSS數據處理的精度和效率也提出了更高的要求。中國地殼運動觀測網絡工程和陸態網絡工程已建成有成叟上千個GNSS 連續觀測站和流動觀測區域站，積累了大量的GNSS 原始數據。本文以網絡工程中汾渭及鄰近區域多期GNSS 連續站和區域站數據為研究對象，采用GAMIT/GLOBK 高精度軟件處理數據，在處理過程中編寫腳本語言，使數據處理更靈活方便，同時加入必要的模型改正，最終得到高精度的GNSS 坐標和位移時間序列，為進一步研究地殼運動分析提供基礎數據。

2 數據處理軟件簡介

2.1 GAMIT/GLOBK 軟件介紹

GAMIT/GLOBK 是一款免費的、公開的基于UNIX/LINUX 操作系統開發的高精度GNSS 數據處理與分析軟件，加入高精度起算點和精密星歷進行短基線解算時靜態相對定位精度可達1～3 mm。

GAMIT/GLOBK 不僅具備精度高、功能強大等特點，而且源代碼完全對外開放，可以根據用戶對數據的實際需求，定制腳本語言，人機結合進行數據處理；采用GNSS 載波相位觀測方式，是目前國際上最優秀的GNSS 定軌和定位數據處理軟件之一，在科學研究領域得到了很廣泛的應用[1]。

GLOBK 軟件是一個卡爾曼濾波的過程，對空間大地測量和經典大地測量得到的初步處理結果進行后處理分析。數據處理的對象主要是一些準觀測量（例如：衛星軌道、測站坐標、地球自轉參數），以及方差- 協方差，對這些參數進行濾波、平差后得到最佳結果。GLOBK 包括以下四類模塊[2]：

（1）htoglb（格式轉換模塊）：是將GNSS、SLR 和VLBI 等軟件分析的結果轉換為GLOBK 識別的文件H-file 中，H-file 是一個二進制文件。

（2）圖形繪制模塊：來調用GMT 繪制時間序列圖與速度場等。

（3）GLRED、GLORG 和GLOBK：是運算模塊，GLRED 一般用來分析當天解決和生成坐標時間序列；GLORG 是為平差定義參考框架，進行坐標系統轉換；GLOBK 是實現軟件的主要模塊，用于平差。

（4）其他輔助模塊：分析板塊運動與框架的關系，為GLOBK 模塊服務等。

2.2 TEQC 軟件介紹

TEQC（Translation Editing and Quality Checking）是一款GNSS 數據預處理軟件，簡單易用；由美國衛星導航系統與地殼形變觀測研究大學聯合體共同開發的軟件，是公開免費為地學研究GNSS 監測站數據管理服務開發的，有格式轉換、質量檢核、編輯、單點定位四個主要模塊，這四個模塊相互獨立、互不影響，既可用單個模塊實現單個功能，也可使用模塊組合，同時實現多功能處理[3]。

3 GNSS 數據處理

3.1 數據預處理

GNSS 觀測數據預處理，是精密應用的重要環節；首先采用TEQC 軟件對研究區域(汾渭地區)36 個連續站和227 個區域站原始數據進行預處理，對非標準RINEX 文件進行適當的編輯：剔除誤差較大、觀測時間太短的觀測數據，剔除其中的病態數據，同時修正出現在原始數據文件名里中不合格的字母、在解算過程中出現的與數據質量有關的問題要對原始數據進行質量分析后重新解算[4]；TEQC 軟件計算結果最核心的部分是質量檢查統計結果文件，用來評定GNSS 觀測數據的質量；表1 是G352 站檢測結果的視圖文件。

表1 視圖文件

結果文件可以對質量進行多路徑效應分析（MP1、MP2）、電磁干擾情況（IOD1，IOD2）分析、數據完好性分析、信噪比分析。

3.2 GAMIT 基線解算及精度分析

GAMIT 軟件是一個沒有圖形界面的程序，只能在終端中采用命令進行，時常提供兩種處理方式，一種是分步操作，另一種是批處理操作。本次處理用GAMIT 自帶的編程語言shell，自制批量處理腳本（do_gamit）進行。數據處理過程分為兩個階段，首先利用GAMIT 軟件解算連續站36 個和中國大陸及其周邊的IGS 站聯合86 個，其次是區域站227 個和IGS站86 個聯合解算，得到單日基線解、極移和衛星軌道參數的單日松弛解及其方差- 協方差矩陣基線解算過程如下：

3.2.1 do_gamit 腳本文件結構

在當前工程目錄下建立名稱為：IGS、SP3、LOCAL、TABLES 文件夾，會自動生成一個YEAR 文件夾，這里的處理結果文件是按年積日存放。圖1 是do_gamit 腳本文件結構形式。

圖1 do_gamit 腳本文件結構形式

3.2.2 tables 文件夾下的配置文件

（1）station.info 文件：在TABLES 文件夾里面復制一個station.info 文件，放到LOCAL 文件下，保留station.info 中的頭文件信息，刪除其他全部信息，執行sh_upd_stnfo 自動提取觀測文件的有關信息，生成station.info，判斷生成的信息是否正確。

（2）vg_in（先驗坐標文件）：記錄各測站的近似坐標。執行sh_rx2apr 命令，自動生成，利用svpos 和svdiff 模塊單點定位生成站點坐標。

（3）sestbl.：在GAMIT 基線處理時過程中，對處理模型進行設置的文件。

（4）sittbl.：是一個精度指標文件，用來控制測站的，對精度高的已知坐標強約束，待求點坐標松弛約束。

3.2.3 do_gamit 腳本執行

在TEST 總文件夾下打開終端輸入：“csh do_gamit -t 2012 045”，程序會自動生成YEAR 文件夾，將gg/tables 下的表文件連接到本目錄下面的時段文件下，并在時段文件下生成所有處理結果文件；用循環語句批處理多天數據。

3.2.4 GAMIT 基線處理結果質量評價標準

（1）對所有測站點是否都參與計算進行檢查。

（2）檢查單日解標準化均方差（postfitnrms），postfitnrms 值是單時段解質量的重要指標之一，也是從歷元的模糊度解算中得出的殘差，表示解算出的基線值偏離其加權平均值的程度，計算公式為：

一般采用默認的加權方式進行實際解算，nrms 值如果在0.25 左右，認為是解算結果精度高，nrms 值大于0.5，說明處理結果精度差，處理過程中的周跳可能未完全修復，或者模型參數的設定有誤，需要重新解算；如果nrms 小于0.5，則認為解算成功，結果有效。

（3）檢查summary 文件，各基線結果是否符合gamit 的實際精度，均方根RMS 一般應該大于0 mm小于8 mm，要符合要求。

（4）坐標重復率也是坐標解算結果的重要評價指標。

（5）GNSS 基線精度評定的另一個重要指標：基線重復率，能反映基線的內部符合精度，是相對多個時段而言；這個值越小基線的內部符合精度越高，基線解算的質量越好，反之內部符合精度越低，質量越差。基線重復率的計算公式如下：

式中，n 是同一基線總觀測時段數；Ci是一個時段某一基線分量或長度；是各時段的加權平均值，是該時段相應于Ci分量的方差。

（6）基線重復率計算完之后，利用基線長度及各時段分量擬合固定誤差a 和比例誤差b，擬合采用一元線性回歸的最小二乘模型，最后檢驗a、b 擬合結果是否滿足GNSS 測量規范規定的等級，以基線長度和基線重復率構建線性模型如下：

式中，Lm是基線的長度；Rm是基線Lm的基線重復率。將上面公式進行變換如下：

3.3 GLOBK 平差

（1）建立目錄：glbf 文件和soln 文件均與gamit中的單日文件平行，執行htoglb，將h 解轉換成二進制格式；用ls 生成.gdl 文件，準備好需要的先驗坐標：apr 文件、globk 命令文件和glorg 命令文件，并設置好相關的命令文件，圖2 是GLOBK 文件結構。

圖2 GLOBK 文件結構

（2）運行glred 命令：“glred 6 glred.prt glred.log../west11-2.gdl globk_rep.cmd”；它會自動激發globk和glorg 命令，通過globk 平差得到每天的坐標.prt 文件，glorg 命令得到ITRF 坐標.org 文件。

（3）檢查偏差較大的天或者測站，分析原因重新計算；檢查每個測站點的坐標時間序列。

（4）也可以利用sh_glred 命令進行批處理平差。本次處理用matlab 提取了globk_comb.org 文件中的位移和中誤差等信息，按照測站生成.list 文件，最后matlab 讀取.list 文件中的坐標序列，繪制時間序列圖，表2 是List 數據文件格式，也是后處理所需要的格式。

表2 G352.list 文件格式

4 結論

GAMIT/GLOBK 的處理結果為平差過的高精度坐標或位移以及中誤差，通過精度分析表明：兩次解算的GNSS 連續站水平方向平均點位誤差在2 mm 左右，垂直分量平均點位誤差在5 mm 左右；一般點位誤差的限差為5～10 mm；因此，利用GAMIT/GLOBK軟件能夠獲取汾渭斷陷帶及鄰近地區GNSS 觀測網的高精度坐標和位移時間序列，為地殼運動分析提供了基礎數據。