利用GAMIT进行基于CORS的GNSS静态数据处理

D\"I：10. 19580/j. cnki. 1007-3000. 2019. 07. 014利用GAMIT进行基于CORS的GNSS

静态数据处理曹佰松（廉江市国土资源测绘院，广东廉江524400）［摘要］随着CORS技术的发展与成熟，越来越多的CORS站网融合为更大规模的区域网，这需要能

够进行大规模、长基线的GNSS静态数据处理$本文结合实际算例，论述GAMIT软件在基于CORS的大规

模静态数据处理中的实现方法，并与TBC软件进行对比，从实施流程、解算效率、基线解算精度等方面进行

对比，分析两者差异$通过分析研究得出:GAMIT软件在大规模远距离GNSS基线解算中较其他商业软件 更具优势，效率更高、精度更好；当基线长度达到180 km左右时基线相对精度能达到107〜109量级，高于其

他普通商业软件1个数量级$［关键词］静态数据处理；基线解算；协同服务；连续运行参考站（CORS）；约束平差［中图分类号］P22&4 ［文献标识码］A ［文章编号］1007 — 3000（2019）07 — 0802 — 50引言随着科技的进步高精度卫星定位模型和计 算方法得到飞速发展，卫星定位连续运行基准站 网（简称:CORS）的建设和发展水平同样得到了

够保证解算精度。本文紧密围绕这一问题设计

实验从多个角度进行分析，探究解决上述问题 的有效途径。1现状分析在过去的几十年里卫星导航定位系统已经 逐步成为了控制测量的主要技术手段，对于基线 较短或几十千米以下的定位技术已经很成熟，应

大大提升，伴随着国家2000大地坐标系的大力

推广与使用，从东南沿海到西北内陆很多地区开

始并陆续建成了依托于CORS的能够维持局部 动态参考框架的现代测绘基准体系一方面

用也非常广泛，相应的静态数据处理软件也是层

为了解决两省交界处部分地区覆盖空洞问题，另 出不穷，较为主流的静态数据后处理软件有美国 天宝公司研发的Trimble Business Center（简称:

一方面为了积极推进领域内资源优化整合助力 供给侧结构性改革的实现，越来越多的CORS 站网融合为更大规模的区域网络，部分相邻省

TBC），瑞士莱卡公司研发的Leica Geo Office（简 称:LGO），国内的南方SOUTHGNSS，中海达的

份已经通过各种途径实现了并网，国家基础地 理信息中心也有意从国家层面积极促成全国范 围内的基准站数据共享，实现全国范围内参考

HiTarget Geomics Office （简称：HGO），华测的

CHC Geomics Office简称（CGO）等等，相比而言

TBC与LGO在中长基线的解算方面更具有优 势但在超长距离或超高精密定位，尤其是在 卫星定轨、全球性或区域性板块运动监测等应用 领域，由于需要进行卫星轨道的各种摄动计算、

框架的统一和卫星导航定位领域的协同服务。 这就对GNSS静态数据处理能力提出了更高要

求，一方面要求能够在不降低效率的前提下满

足超大数据量的大规模整网解算，另一方面要 求面临长基线以及长短基线共存的情况依然能

［收稿日期测站位置受地壳运动的固体潮引起的漂移、更高

精度要求的各项改正等等，故上述商业软件是不

］2019 —02—22\"作者简介］曹佰松（1973 — ），男，广东湛江人，工程师，从事工程测量等工作（E-mail： cmyymc010@163. com第33 卷 第7 期曹佰松.利用GAMIT进行基于CORS的GNSS静态数据处理803能达到相关要求的。为了解决这一问题科学家

皿处理流程3WIT软件处理流程经过不断的努力现已研发出了能够进行成百上

千公里的长距离、大规模基线解算软件，相对精 度可达到10「8〜10「9量级，绝对精度在全球范围内

测站近佩坐标文件：L-file. 测站信息文件：station,info. 测站信息控制文件：sittbl. 改正模型文件：sestbL达到厘米级甚至毫米级。目前，国际上在大规 模、长距离GNSS网的高精度数据处理方面有四

调整基线分布个著名的软件:瑞士伯尔尼大学的BERNESE、美 国麻省理工学院和海洋研究所（SIO）联合研制的

GAMIT/GLOBK、德国GFZ分析中心的EPOS

GLOKB以及美国喷气推进实验室（JPL）研制的GIP­

SY\"3# o GAMIT/GLOBK是开源软件，其具有处 理结果准确、运算速度快、版本更新周期短以及

在精度许可范围内自动化处理程度高等特点, 也是目前国内使用较多的一款解算软件\"4#。为 了研究基于CORS的大规模GNSS静态数据处

理方法以及对比不同方法的优劣用于指导今后 的应用，本文设计实验并选用GAMIT软件和

TBC软件分别解算观测数据，从多个方面对比

分析两者的差异和优劣。2解算流程为了能够更加深入地阐述本文的论点，特选

取一区域进行实地获取测站数据，选取该区域周 边远距离CORS基准站作为起算点，特设计未知 点间距不超过10 km,与CORS站点间长基线形 成对比，先将测试区域概况介绍如下：区域整

体呈近似矩形，覆盖范围约20 km2，平均海拔

1700 m,属温带干旱气候，降雨量少，昼夜温差

大，交通便利，测区概略范围为：北纬35°40‘〜

35°43f东经108°23/〜108°26f测区内设置6 个D级GPS未知点，测区外围存在3个CORS 站点，以此三点为起算点，通过GNSS静态观测解

算基线并计算未知点坐标,平均基线长度80 km， 最大基线长度187 km。分别利用GAMIT软件和TBC进行GNSS

静态数据处理，总体来讲都需要数据准备、基线 解算以及平差计算这三个步骤\"39#，由于两款软

件的工作原理不同，GAMIT是基于基线整体解 算的，而TBC则是基于单基线进行基线解算的， 故而其实施流程会存在差异，下面在对比两款软 件解算流程差异的同时阐述如何利用GAMIT

软件进行基于CORS的GNSS静态数据处理，两

者在数据处理流程上的差异对比如图1 所示。图1 使用TBC与GAMIT进行静态

数据处理流程对比图2.1数据准备在数据准备阶段两者是存在差异的，利用

TBC进行解算需要准备各个待解算点位以及所

需CORS基准站点的观测数据、精密星历文件、

观测记录、基准站点坐标成果等，测站数据需要 转换为Rinex 2. 10格式（本文中所提及的TBC

版本暂不支持3. 0以上版本的Rinex数据）；利用

观测记录中记载的仪器高、量高方式及量取位置 将仪器高归算至天线相位中心的直高；结合观测

记录以及基准站和星历的各项信息做基线解算 前的各项检查，确保数据准备无误。利用GAMIT进行基线解算之前需要准备 的数据文件主要包括：转换为Rinex 2. 10格式的

各站观测文件、广播星历、精密星历、起算点坐标 成果、各类表文件等。表文件分为两类，一类是

系统自带的表文件，另一类是需要更新的表文 件，所有的表文件存放在以tables命名的文件夹

中，其中最重要的表文件有四个：分别是测站近

似坐标文件L-file，主要包括概略坐标和速度；测

站信息文件station, info主要包含了完整站名、

接收机、测高类型、天线高、版本号等；测站信息 控制文件sittbl主要为了对测站坐标进行约束和 改正模型文件sestbl主要是对基线解算策略做

出规定\"4「5#。结合实际测站情况去配置这些表文

件,利用这些表文件实现GAMIT软件各项参数

配置。利用GAMIT和TBC进行静态数据处理过 程中，需要设置的参数也是不同的，其主要参数 对比见表1（由此可知利用GAMIT进行基线解算所涉

804北京测绘第33 卷 第7 期及到的参数要比TBC涉及到的参数数量多且更

为复杂，对各项改正更加精确。表1 GAMIT与TBC各参数项设置对比表参数项软件TBCGAMIT卫星轨道IGS精密星历,

且固定IGS精密星历，且固定卫星截止 高度角/(°)1515数据采样间隔/s3030观测值多频观测值采用消除电离层后的 组合观测值IGS、国家连续运行基

准站点水平方向给予坐标约束5 cm、垂直方向给予10 cm的约束，其它点 给予10 m的约束对流层改正采用 Saastamoinen 模模型型进行标准气象改正数据解算模式周跳自动修复技术其他参数2.2基线解算GAMIT基线解算采用整体解模式,TBC软

件采用单基线模式，单基线解模式有模型简单, 一次解求的参数较少，计算量小的优点，但其缺

点是解算结果无法反映同步观测基线间的统计 相关性，无法充分利用待定参数间的关联性；整 体解模式是最严密的基线解算方式，但也是最复 杂的一种，它对计算机的存储能力和计算能力要

求非常高。单基线解忽略了同步观测基线之间

待定参数的关联性，会导致不同基线解算过程中

同一测站同一时间的天顶对流层延迟、电离层延 迟不相同的情况发生。随着测站距离增大时，利 用同步观测值求差的方法逐渐失效，天顶对流层

和电离层延迟对基线精度产生显著影响，尤其是 天顶对流层延迟主要影响垂直方向上的精度。在TBC软件中进行基线解算，只需要执行

相应的命令即可由软件内部进行运算并得到相 应结果，依据相应限差要求对不符合精度要求的

基线进行处理，并调整基线分布情况，最终得到 符合要求的基线分布以及基线解算结果。在

GAMIT软件中则利用已经配置好的各个表文件 中附含的参数信息，按照一定的顺序执行若干命 令即可完成基线解算任务，并将结果输出至相应 文件中「35#。基线解算流程如图图2 GAMIT基线解算流程示意图\"⑷2.3平差计算基线解算完成之后，利用符合要求的基线解 算结果会同已经准备好的成果坐标利用科傻

(COSA)软件进行平差计算。首先进行起算点稳 定性检核，其次进行整网的无约束平差和约束平

差,最后进行精度统计。3对比分析3.1效率对比分析对于实际生产和工程应用，效率是一项重要 的考虑因素，高的效率不仅可以节约时间还能够 降低生产成本。就本文中实验项目，分别统计了

基于GAMIT和TBC所需时间(不包括数据采集 时间)，详见表2,通过对比分析两者解算效率上 的差异。表2 GAMIT和TBC进行静态数据解算各环节所需时间统计表

单位：h数据准 基线解平差计 备环节算环节算环节合计TBC0. 52.000.53.00GAMIT1. 00.251.02.25由表2中数据可知，对于该实验，GAMIT从 开始准备到最终得到结果用时2. 25 h,小于TBC 用时0. 75 h；在基线解算环节GAMIT效率优势 明显大于TBC。由此可知，在待解算未知点数量

第33卷第7期曹佰松.利用GAMIT进行基于CORS的GNSS静态数据处理805和已知起算点一定的情况下，GAMIT在基线解 算环节具有明显优势，但是其在数据准备环节所 需时间明显大于TBC,随着待解算未知点数量增

加，GAMIT在基线解算环节节约的时间明显多

于在数据准备环节所多消耗的时间「8# ,故当大规 模解算时建议采用GAMIT软件进行基线解算。图3 TBC 解算基线精度统计图3.2基线解算精度对比分析本文主要从基线水平分量精度、垂直分量精

度、基线相对中误差三项参数对基线解算精度进 行分析「7#。本文中3个CORS站点接收机为

Trimble NetR9、天线为扼流圈天线，型号为

TRM59900. 00,且带天线罩；6个未知点采用 Trimble R8和R5接收机进行连续观测，形成36 条基线，其精度统计情况见表3和表4。表3 TBC解算基线精度统计表精度类型最小值最大值平均值水平分量/ mm士 2. 6士65士3.4垂直分量/ mm士 4.1士227士13.2基线相对中误差1. 60X04. 619X01.802X10-6表4 GAMIT解算基线精度统计表精度类型最小值最大值平均值水平分量/mm士1.3士3.4士2.2垂直分量/mm士2.1士7.5士4.8基线相对中误差5. 6X10「81. 163 X10-3. 71X107由表3内容可知,TBC基线解算水平分量精度

平均值为士3. 4 mm,最大值为士6. 5 mm,垂直分量 精度平均值为士 13 2 mm,最大值为士 22. 7 mm,相 邻点基线相对中误差平均值为1.802 X 10\最大

值为4. 619X10-6，基线精度统计图如图7所示（取

绝对值，由于基线较多且基线名称较长而在图中无 法完全显示，故未将基线名称列出）,其中虚线代表 垂直分量精度,实线代表水平分量精度。由表4内容可知,GAMIT基线解算水平分量 精度平均值为士2. 2 mm,最大值为士 3. 4 mm,垂直 分量精度平均值为士4. 8 mm,最大值为士 7. 5 mm,

相邻点基线相对中误差平均值为3. 71X10-7，最

大值为1. 163X10\"，基线精度统计图如图8所示 （取绝对值，由于基线较多且基线名称较长而在

图中无法完全显示，故未将基线名称列出），其中 虚线代表垂直分量精度，实线代表水平分量精 度，为了便于比较分析设置图4纵轴与图3一致。图4 GAMIT 解算基线精度统计图对比表3和表4中内容，同时结合图3与图4 中基线精度统计曲线走势进行分析，不论基线水 平、垂直分量精度，使用GAMIT解算精度均优于

TBC。对比图3与图4中水平分量精度曲线，两者

走势均较为平稳，且整体处于较低的位置,说明对 于水平基线精度而言，两款软件均能达到符合要求

的效果。对比图3与图4中垂直分量精度曲线，图

3中曲线明显高于图4中曲线，且图3中曲线起伏

较大，说明对于垂直方向GAMIT解算精度由于

TBC ,且精度水平更为稳定\"一10#。再比较表3和表4中基线相对中误差,使用

TBC解算基线相对中误差平均值为1. 802 X 10-6, 最大值为4. 619X10\",使用GAMIT解算基线相对

中误差平均值为3. 71X107最大值为1. 163X

10-6, GAMIT基线相对精度高于TBC 1个数量

级,故建议处理180 km以上长基线数据时采用

GAMIT软件进行。4结论本文通过实例,以GNSS数据解算流程为主 线,从数据准备、解算流程、平差计算等环节阐述

了如何利用GAMIT软件进行基于CORS的

GNSS静态数据处理,并对比了 GAMIT和以

TBC为代表的类似商业软件在GNSS静态数据 解算方面的异同。通过对比,分析GAMIT软件 在大规模远距离长基线GNSS数据处理中的优

势所在,现总结如下：（1）在各项参数设置合理的前提下,利用 GAMIT和TBC均可以完成一般GNSS静态数

据解算工作 但是对于点数较少 基线较短 精度

806北京测绘技创新与生产力,016(2):50-52.第33 卷 第7 期要求不高，较为简单的GNSS静态控制网数据解

算，使用TBC更合适(2) GAMIT软件在基线解算方面效率更高)

朱俊杰，任旭斌•基于GSCORS的长基线GNSS数据处理方

法研究矿山测量2018,46(4):19-24.王晶.基于GAMIT的高精度基线解算方法及其在汶川地震 分析中的应用［D#.湖北武汉：武汉大学，2010.精度更优，较TBC软件更具优势(特别是待解

算点数量多、距离远长基线的情况下其解算的高 效优势更为明显((3) GAMIT 软件在长基线解算方面基线水平、

李征航，张小红•卫星导航定位新技术及高精度数据处理方 法［M#.湖北武汉：武汉大学出版社2009.郭彩立.基于CORS的高精度GNSS工程控制网建设研究 :J#.北京测绘,2017(Sl):16-19.垂直分量精度均优于其他普通商业软件，当基线长

度达到180 km左右时基线相对精度能达到107〜

［7#王刘准.LGO、TBC、GAMIT对地铁短基线解算的对比分析

:J#.科技广场，2017(4):64-67.109量级，高于其他普通商业软件1个数量级。参考文献\"1#李志才，张鹏，孙占义，等.大规模GNSS基准站网快速同步

\"#戈磊，赵凡，马亚洲.基于GAMIT的基线解算应用探究\"#.

现代测绘,01235(5):35-37.\"#马飞虎，饶志强，孙喜文，等.GAMIT/GLOBK软件在高精度

GPS数据处理中的应用\"#.北京测绘,2017(4):1922,27.\"0#杨登科，安向东，汤勰.GAMIT数据处理中基线解算模式

处理方法研究•测绘通报，2017(2) : 65-69.卢翔峰.五款GNSS数据处理软件基线解算结果研究:J#.科的对比分析\"#•测绘地理信息2016,41(2):18-21.Using the GAMIT to Do a CORS-Based GNSS Static Data ProcessingCAO Baisong(Lianjiang Institute o' Land and Resources, Lianjiang Guangdong 524400, China)Abstract: With the development and maturity o' CORS technology,more and more CORS networks are converging into

large-scale regional networks, which requires the abilty to do large-scale and long baseline GNSS static data process­

ing. Combined with practical example, this paper discusses how to use GAMIT software to complete large-scale static data processing based on CORS,and compared with TBC software, the implementation process, calculation efficiency, ba>elinecalculationaccuracyandothera>pect>o'compari>on!analy>i o'thedi''erencebetweenthetwo.Theanaly>i> >how>thattheGAMIT>oftwareha>moreadvantage>!moreefficientand moreaccuratethananyotherbu>ine>>oft-

ware in the large->cale long-di>tance GNSS ba>eline>olution and Whentheba>elinelengthreache>about180km!the relative accuracy of the baseline can reach 107 〜109 , one order of magnitude higher than other common commercial

sof1ware.Key words: static data processing； baseline calculating, collaborative services； Continuously Operating Reference Sta­

tions (CORS)； constrained adjustment