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GAMIT在似大地水准面精化中的应用

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第28卷第3期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2009年6月 Vol.28 No.3 Journal of Liaoning Technical University（Natural Science） Jun. 2009

收稿日期：2007-02-05 基金项目：教育部博士学科专项科研基金资助项目（20060417004）；辽宁省教育厅高等学校科学研究基金资助项目（2008294）；山东省基础地理信息与数字化技术重点实验室开放基金资助项目（SD080702）。辽宁工程技术大学地理空间信息技术与应用实验室基金资助（2007008）。 作者简介：吉长东（1970-），男，辽宁 锦州义县人，副教授，博士研究生，主要从事高精度GNSS数据处理的教学与科研。本文编校：于永江

文章编号：1008-0562(2009)03-0373-03 GAMIT在似大地水准面精化中的应用

吉长东1，徐爱功1 （1.辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 阜新 123000） 摘 要：为了对在似大地水准面精化中的应用，利用TGO软件解算基线和网平差与GAMIT软件结合TFORM工具两种不同的方法分别处理GPS观测数据，获取大地高，同时利用三等水准数据获取正常高，再利用大地高和正常高的关系，在不考虑重力场模型和重力数据等影响的前提下，用二次曲面方法来拟合高程异常，在某市作了验证，两者的内符合精度相当，均能满足四等水准的精度要求。 关键词：GAMIT；TGO；似大地水准面；大地高；正常高 中图分类号：P 228 文献标识码：A

Application of GAMIT software in quasi-geoid refinement

JI Changdong1, 2，XU Aigong1，GUO Jiming2，YU Xingwang3 (1. School of Geomatics, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China； 2. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China； 3. GNSS Center, Wuhan University, Wuhan 430079, China) Abstract：GPS observation data are processed to obtain geodetic height using two methods including 1) a TGO software for calculating baseline and net adjustment, and 2) a GAMIT software combining with TFORM tool. At the same time, normal height is obtained using observation data at third-class level. Furthermore, using the relationship between geodetic height and normal height, an abnormal height was fitted based on quadric surface method without considering the effect of gravity field model and gravity data. The method is tested and the results show that the inner average precisions are similar, which meets the accuracy standards at fourth-class level. Key words：GAMIT；TGO；Quasi-geoid；geodetic height；normal height

0 引 言 随着地球重力场模型、地球重力数据、GPS水准数据、数字地面模型（DTM）、卫星测高数据和卫星重力（SST、SGG）数据和地球重力场相关信息的丰富，高精度GPS后处理的完善以及地球重力场相关理论研究的进展，使得省级范围厘米级甚至毫米级大地水准面精化成为可能[1]。而在小范围的

测区，不考虑地球重力场模型和重力等数据影响的前提下，仅采用GPS精密定位所获得的大地高和三等水准数据来拟合似大地水准面也能取得比较好的效果[2], 现在高程异常拟合的模型很多，但其结

果与实际应用仍有一定差距 [3-5],本文采用的是二次

曲面模型。

1 技术路线 对GPS观测数据采用两种不同的方法来处理，

来得到大地高数据：方法一是用TGO软件进行基线处理和无约束平差，由于TGO软件普及较广，该方案不作详细说明；方法二是用GAMIT软件解算基线，用GAMIT/GLOBK自动的工具（TFORM），把基线分量转换成WGS-84坐标，重点阐述GAMIT基线处理部分。用自编软件对三等水准数据进行处理以得到正常高数据，利用大地高和正常高之间的关系，即大地高与正常高的差是高程异常，根据测区既观测了三等GPS，又联测了三等水准的点（称为重合点），用二次曲面法来拟合高程异常，以完成该地区的似大地水准面的精化任务，所用二次曲面的数学模型如下[6-9]

22012345aaxayaxyaxayζ=+++++（1）

式中,ζ表示重合点的高程异常值，x，y表示重合点的平面坐标值，依据公式（1），利用VC++ v6.0编写似大地水准面拟合程序，定出式中的5个系数，辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第28卷 374 即510

,,,aaa"，来完成大地高和正常高之间的高

程异常的拟合。 3 实例分析 3.1 测区介绍 似大地水准面拟合的测区位于辽宁省某市，平面起算数据是北京54坐标系下的12个二等点，高程起算是1985黄海高程系下的6个一等水准点。利用Trimble 5700 双频 GPS接收机，同步图形扩展式网连接布网，按三等精度进行观测了51个点。

3.2 数据处理 GAMIT/GLOBK软件是美国麻省理工学院（MIT）和加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所（SIO）研制的GPS综合分析软件包，可以估计卫星轨道和地面测站的三维相对位置，本文用GAMIT软件结合TFORM工具获得大地高的过程如下： （1）数据准备 首先，下载GPS观测数据并将其转换成RINEX格式。由于本次观测时间是2007年10月10-12日，这样在工作目录（work）下按年积日建立283、284和285三个子目录，并下载对应于天的导航N文件、

精密星历（SP3）和三个IGS站（bjfs、chan和daej）的RINEX文件。准备好的共用表格文件和编写测站信息表（station.info）文件。最后将上述所有文件均按天放到对应的目录下即可[10]。

2）数据处理步骤 运行sh_makexp程序和fixdrv。查看对应天的q文件，检查固定解的NRMS（Postfit nrms）值，如果这个值小于0.5，说明解算结果合理[10]。

GAMIT解算基线的输出成果不是大地坐标，用TFORM[10]工具将其转换成大地坐标（WGS-84

坐标系），该工具是交互方式运行的，选定WGS-84椭球（detic.dat），输出到WGS-84坐标系下即可，以便与TGO成果的比较。

3.3 成果分析 （1） TGO和GAMIT的成果分析 GPS大地高数据的中误差，方法一：最大值是10.4 mm，最小值是4 mm，平均值是7.8 mm，而方法二的最大值是8 mm，最小值2 mm，平均值是5.2 mm，说明观测数据精度较高，可以参加似大地水准面的拟合。 利用方法一和方法二两者不同方法，对22个重合点大地高作了统计分析，最小值是0.050 8 m，最大值是0.153 3 m，平均值是0.076 5 m，标准差是0.027 2 m，大地高的较差见图1。

图1 大地高较差 Fig.1 geodetic height differences 可见，通过上述两种不同的方法获得的大地高差别较大，可能是由于GAMIT软件采用的某些模型和算法，而TGO软件没有采用的原因：比如用IGS精密轨道、固体潮模型、天线相位中心模型、大气模型、模糊度解算和多基线平差等。由于似大地水准面拟合用的是高程异常，两者求得的大地高虽有差别，但还不能确定它们用于高程拟合就一定有差别。

较量/ m 重合点序号 第3期 吉长东，等：GAMIT在似大地水准面精化中的应用 375（2） 似大地水准面拟合的成果分析 正常高数据的中误差，最大值是5.42 mm，最小值是2.63 mm，平均值是4.47 mm。可见正常高的中误差均较小，且平均中误差均小于10 mm，三等水准的观测精度也较高，可以用于似大地水准面的拟合。 似大地水准面拟合的精度分析。两种完全不同

方法求得的大地高并联合正常高的数据，用二次曲面法拟合后的内符合精度：方法一优于2.46 cm，方法二则优于对2.6 cm，基本满足四等水准的精度要求。由于该三等GPS控制网中基线的平均长度小于20 km，两种方法获得的大地高均可以满足似大地水准面拟合的要求，在此仅给出用方法一的内符合精度，见图2。

图2 方法一的内符合精度 Fig. 2 inner average precision of methods one

4 结 论 选用TGO软件进行基线解算和网平差获得大地高，联合三等水准获得的正常高，高程异常拟合模型采用二次曲面法，完成了某市似大地水准面精化任务，从中得出如下结论： (1)用两种不同方法得到的大地高，其差别较大。这与科研软件（GAMIT）和商品软件（TGO）所采用的模型和算法有关，但并不能说明拟合后的精度一定就有差别。 (2)用两种不同方法得到的大地高参与高程异常拟合，拟合后内符合精度相当。说明对于短和中长基线，TGO软件完全可以满足精度要求。 (3)方法一拟合后的内符合精度在3 cm之内，完全满足四等水准的精度。这样就完全可以用GPS测量手段代替低等级的水准测量。

参考文献： [1] 丁剑.高精度似大地水准面精化中的若干问题研究[D]. 中国测绘科 学研究院,2006.

[2] 于小平,杨国栋,王凤艳等.GPS高程拟合转换正常高的研究[J].测绘科学,2007,32(2):40-41 [3] 魏子卿.GPS重力位水准[J].大地测量与地球动力学,2007,27(4):1-7 [4] 杨明清,靳蕃,用神经网络方法转换GPS高程[J].测绘学报,1999,28(4):301-308 [5] 孙英君,王劲峰,柏延臣.地统计学方法进展研究[J].地球科学进展,2004,19(2):268-274 [6] 徐爱功. GPS based checking survey and precise DEM development in Open mine [J].煤炭学报（英文版）, 2008,14(6):291-293 [7] 吉长东、徐爱功、于兴旺等. Research of 3S technology applied in land reclamation of minefield [J].煤炭学报(英文版).2008,12 14(4):659-662 [8] 车延国. GPS高程水准拟合模型与精度分析[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版), 2008, 27(2):35-38 [9] 李明峰,冯宝红,刘三枝.GPS定位技术及其应用[M].北京:国防工业出版社,2006.2:154-159 [10] Robert King. Documentation for the GAMIT GPS Analysis Software Release 10.3[M/OL].http://www-gpsg.mit.edu/simon/gtgk/GAMIT.pdf

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区域似大地水准面精化成果检验方法探讨

区域似大地水准面精化成果检验方法探讨

区域似大地水准面精化成果检验方法探讨采用GNSS技术可以快速的测定出大地高，并且精准度达到了厘米级。

将GNSS技术应用到大地高的测定中，结合似大地水准面精化模型，可以快速准确的检测出待测点的海拔高度。

随着各省、市似大地水准面精化模型的建设，似大地水准面成果在逐渐的成型。

但是目前我国的似大地水准面技术还缺乏相关的规范或技术，没有统一的计算依据。

本文主要从检验内容和测绘方法探讨区域似大地水准面精化成果检验遇到扥问题，并提出解决措施，提升似大地水准面精化成果的准确性。

标签：似大地水准面；精化成果；检验内容；检验方法引言：高程基准现代化的关键基础设施是精密的似大地水准面数字模型。

现代各省、市都在建设似大地水准面精化模型，传统的地面标石高程基准将会被基于GNSS 测量的数字高程基准所替代，从而改变高程测定的作业模式，保证检测数据的准确性。

区域似大地水准面精化项目在全国被广泛的应用着，已经为我国的经济发展带来了巨大的经济效益。

但是在发展的过程中，缺乏统一的技术规范，对似大地水准面精化成果不能进行准确的进行测定。

一、区域似大地水准面精化检验内容（一）成果正确性检验1）参考基准主要的参考基准内容包括大地坐标系、高程基准的标准性。

2）数学模型数学模型的检验内容主要为似大地水准面的计算数据的准确性、计算流程的科学性、计算过程等功能的完备性。

（二）数学精度的检验内容数学精度检验内容包括模型分辨率检验、模型粗差探測、内符合精度检验和外符合精度检验。

（1）分辨率检验分辨率检测主要分为两种方式，分别为模型的格网分辨率检验、模型的实际分辨率检验。

模型的格网分辨率检验主要是通过对建立的模型进行检测，并检测数据存储的正确性，保证每单位格网数据的准确性。

模型的实际分辨率检验是对地形复杂的区域，按照建立模型的设计分辨率，对其进行计算，将多个相邻格网中心处的重力异常值进行统计、记录，后期对其进行检查和对比。

在地形复杂区域，地形起伏程度与重力异常变化有直接的联系。

似大地水准面精化方法研究

似大地水准面精化方法研究

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实证分析. 实证分析 已知数据
非洲苏丹国家的205个GPS高程测 个 非洲苏丹国家的 高程测 量成果，且对这205个点均进行了 量成果，且对这 个点均进行了 二等水准测量
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实证分析. 实证分析 选取学习样本以及检验样本
遵循以下原则： 遵循以下原则： 首先以3倍中误差（ ）为范围探测粗差，经整理剔除10个粗差点 个粗差点， 首先以 倍中误差（3σ）为范围探测粗差，经整理剔除 个粗差点， 倍中误差 其点号分别是123、124、147、148、149、136、151、153、161、 其点号分别是 、 、 、 、 、 、 、 、 、 162。 。 （1）建立测区方格网，选择均匀分布在区域周边方格内的点，以控制变 ）建立测区方格网，选择均匀分布在区域周边方格内的点， 量法选择相互靠近而不好选择的点。 量法选择相互靠近而不好选择的点。 （2）不是选择的点越多精度就越高，要剔除对高程精度贡献很小的点。 ）不是选择的点越多精度就越高，要剔除对高程精度贡献很小的点。 最终确定出77个学习样本和 个检验样本。 最终确定出 个学习样本和118个检验样本。 个学习样本和 个检验样本
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实证分析
参数试算.改变平滑因子参数 参数试算 改变平滑因子参数 建议值为0.5-0.9 建议值为
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实证分析
参数试算.控制误差和迭代级数 参数试算 控制误差和迭代级数 学习误差E（推荐值为 学习误差 （推荐值为0.01-0.09）表示收敛条件，分级迭代级数 ）表示收敛条件，分级迭代级数1018级 分别对应的是 级 分别对应的是5E,4.5E,4E,3.5E,3E,2.5E,2E,1.5E,E。学习精度 。 要求越高，收敛时间越长。初步推断，学习精度要求越高， 要求越高，收敛时间越长。初步推断，学习精度要求越高，模型精度 也越高，学习精度要求越低，模型精度也越差。 也越高，学习精度要求越低，模型精度也越差。
gamit基线解算

gamit基线解算

任务名称：Gamit基线解算简介Gamit（Globk+Gamit）是一款用于全球GPS观测数据处理的软件，用来进行GPS的基线解算。

基线解算是指通过测量不同GPS接收站点之间的距离、方向角和倾角，确定不同站点之间的相对位置和变形情况。

Gamit基线解算是一种常用的地球物理测量技术，用于地壳变形、地震活动和大气延迟等领域的研究。

基线解算原理基线解算是通过GPS观测数据中的载波相位和伪距进行计算，并使用全球参考框架来确定地球表面不同站点之间的相对位置变化。

基线是指两个或多个GPS接收站点之间的距离和方向。

基线解算的原理是将GPS观测数据转换为坐标，然后通过数学模型和计算方法计算出站点之间的基线向量。

评估基线向量的精度和可靠性，可以帮助测量者判断地壳变形、地震活动以及大气延迟等现象。

基线解算的关键步骤包括：1.数据预处理：对原始GPS观测数据进行编辑、过滤和修正，消除掉仪器误差、信号传播误差和大气延迟等因素。

2.伪距差分：通过差分GPS观测数据，计算出不同站点之间的伪距差分，以获得更准确的GPS观测数据。

3.载波相位差分：通过差分GPS观测数据的载波相位，计算出不同站点之间的载波相位差分，以获得更高精度的GPS观测数据。

4.基线解算：根据差分后的GPS观测数据，使用数学模型和计算方法计算出不同站点之间的基线向量。

5.网运动学分析：通过基线解算结果，评估基线的精度和可靠性，判断地壳变形、地震活动和大气延迟等现象。

6.结果分析：对基线解算结果进行分析和解读，为相关领域的研究和应用提供依据。

Gamit基线解算流程Gamit基线解算流程包括以下主要步骤：1.数据准备：收集并准备全球GPS观测数据，在线或离线获取必要的测站坐标和地球物理模型数据。

2.数据预处理：对原始GPS观测数据进行编辑、过滤和修正，消除掉系统误差和环境影响因素。

3.伪距差分和载波相位差分：通过差分GPS观测数据的伪距和载波相位，计算出不同站点之间的伪距差分和载波相位差分。

局部区域大地水准面的精化

局部区域大地水准面的精化


1. GPS水准应用高大地程测量学
GPS水准高程：多项式拟合法
正常高与大地高的关系：H常=H-ζ，ζ=H-H常
1。高程异常ζ与点位（B，L）的关系：多项式曲面方程
2。利用公共点的高程异常ζ与坐标（B，L）求多项式的 系数A； 注意：视公共点的多少，确定多项式的系数个数。
3。用求出系数的多项式计算GPS点的高程异常，再求其 水准高程。
n 例子：在不同的大地坐标系之间 （WGS-84、1954年北京坐标系、 1980年国家大地坐标系中任意 两个），如果已经求得似大地水 准面对某一椭球面的高程异常ζ1， 如何求似大地水准面对另一椭球 面的高程异常ζ2？
2 .GPS水准高程中不同坐标系的转换
n 1。根据两不同椭球参数求其大地高差dH（公式7 -37）（利用两套大地坐标系的公共点求两套坐标 之间的平移参数（X0，Y0，Z0）、旋转参数（εx， ε y，εz）以及椭球参数只差（da，df）共9个转 换参数，然后代入求各点dH。 2。各点的ζ2=ζ1+dH
n （3）再通过精确水准测量得到各GPS点的正 常高Hr。
n （4）从而得到各点高程异常： ζ= H84 –Hr。
1 .GPS水准高程
n 5）通过各点高程异常的计算，即可确定高精度的 似大地水准面。
n 这种利用GPS和水准测量成果确定似大地水准面 的方法叫GPS水准。
局部地区，利用GPS水准精化似大地水准面， GPS网点应具有精确的WGS-84大地坐标系的大 地高程，同时，GPS网要有联测的分布较均匀的 多个水准高程点（公共点）。 n （6）求GPS点的水准高程——一般采用多项式 拟合法。
应用大地测量学
3 .局部地区大地水准面精化
n 确定大地水准面的方法：几何法（天文 水准、卫星测高、GPS水准）、动力学 法、几何与重力联合法。