不同星歷下的GAMIT基線解算對鐵路框架網測量的影響研究

摘要：在長大鐵路初測前，需要進行鐵路框架網（CP0）的建設測量，通常勘測前期預留測量時間較短，由于IGS最終的精密星歷發布一般需要13～20天，不能滿足實際測繪活動的快速需求。通過對比驗證超快速星歷、快速星歷及精密星歷對宜涪鐵路CP0框架網的影響，分別對觀測數據進行了基線解算，對解算結果的標準化均方根值（NRMS）及解算出的待求點坐標值三個方向XYZ進行了對比。結果顯示，不同星歷下的基線解算，NRMS均比較小且相互接近，新設點的坐標成果相差小于2 mm，說明快速星歷可以用于GAMIT基線解算

關鍵詞：鐵路初測；CP0測量；GAMIT；基線解算。

長大鐵路框架控制網（CP0）作為鐵路全線平面的測量基準，意義重大。一般在鐵路初測前需完成全線CP0框架網的建立，用于初測階段的線路勘測及后續基礎平面控制網（CPⅠ）、線路平面控制網（CPⅡ）的起算基準。

CP0控制點按照沿線50 km左右布設一個點，相鄰點基線較長，為了在長基線解算過程中能夠保證基線精度，美國麻省理工學院和SCRIPPS研究所（SIO）共同開發了GAMIT軟件［1］。目前該軟件在長基線解算中，處理精度較高，基線計算的速度較快，并且該軟件安裝在免費開放源代碼的Linux操作系統上，獲得了國內外學者的青睞。

在GAMIT軟件處理數據前，需要準備好tables文件、廣播星歷、精密星歷（IGS）、電離層文件等基礎資料，其中星歷文件對基線解算影響較大，是衛星定位的重要影響因素［2］。

在實際測繪過程中，通常測量周期較短，而精密星歷一般要在測量結束后的13～20天才會公布，因此對測繪的時間成本影響較大。而超快速星歷及快速星歷在測量結束后當天或者第2天即可獲得，為了壓縮鐵路測量周期，本文基于GAMIT軟件通過對比不同星歷下的基線解算結果，驗證能否通過快速星歷在確保數據質量的基礎上節省時間成本。

1不同星歷的差異

IGS軌道組合解決方案有3種形式：超快速，快速和最終形式。超快速產品（IGU），每天4次定期用于實時和近實時應用； 超快速解決方案包括觀測和預測的衛星軌道。快速（IGR）軌道組合是每日的解決方案，可在前一個UTC日結束后約17 h使用。 最終也是質量最高的精密星歷解決方案包括每日軌道文件，這些文件是在解決方案結束約13天后每周生成。

由于GAMIT軟件是默認采用IGS格式進行基線解算，因此在驗證超快速產品和快速產品時，均需將其改為IGS后再進行基線解算。

2使用GAMIT進行基線解算

2.1tables文件準備

tables的文件是GAMIT軟件解算基線的基礎資料，需要對各文件更新至最新測量數據時間，放至gamit/tables下，選擇替換，詳見表1。

2.2星歷數據準備

本次為了做驗證分析，除了廣播星歷、電離層數據、IGS站數據外，星歷按照表2進行了準備，共4個超快速星歷、1個快速星歷以及最終的精密星歷成果。

2.3文件處理

（1） 對Station.info（測站信息文件）設置測站名稱、天線類型、接收機類型、天線高等；（2） 對hi.dat（接收機文件）手動添加未顯示的接收機類型；（3） 對sittbl（測站信息控制文件）設置測站約束，將IGS站的觀測數據導入；（4） 對Process.defaults（時段控制文件）進行編輯，設置采樣間隔；（5） 對sites.defaults（工程設置文件）設置測站使用情況；（6） 對sestbl（測段信息控制文件）進行參數設定，添加潮汐改正；（7） 對lfile（測站先驗坐標文件）編輯，獲得所有點的概略坐標；（8） GAMIT批處理。

2.4精度指標

GAMIT軟件基線計算的精度質量均反映在q文件中，q文件記錄了整個解的過程，包括基線解結果，質量控制指標。

q文件中的標準化均方根誤差NRMS（Normalized Root Mean Square）指標，表示單時段解算出的基線值偏離其加權平均值的程度，是從歷元的模糊度解算中得出的殘差。

一般來說，NRMS越小，基線估算精度越高，反之，精度較低，一般應小于0.3；若NRMS太大，說明處理中周跳可能未完全得到修復［3］。

3實驗分析

宜涪鐵路初測前CP0框架控制網建設，通過對比各個星歷數據計算結果進行具體分析。

宜涪鐵路本段于2022年12月16日共測設了5個CP0控制點，其中聯測了3個既有國家控制點，新布設2個CP0控制點，相鄰點邊長見表3。

一方面通過各個實驗結果中的NRMS指標進行對比分析，另外可以通過不同的基線結果進行平差分析，計算新設點的成果差異。

3.1NRMS指標

通過對比不同星歷數據下的NRMS指標可以看出，六種星歷NRMS指標都較小并且相互較差不大，可以認為快速星歷與精密星歷的基線解算精度相當。

3.2平差坐標

從圖1和圖2可以看出，通過不同星歷數據解算基線約束平差后，CP03與精密星歷計算結果偏差值最大值為1.4 mm，CP04與精密星歷計算結果偏差值最大值為1.6 mm。可以認為快速星歷與精密星歷的基線計算結果一致。

4結語

首先介紹了鐵路框架網（CP0）建設的重要意義，其次通過介紹GAMIT軟件的優勢以及各種星歷文件的特點，繼而探討如何在保證數據解算質量的基礎上節省基線解算的時間成本。

通過宜涪鐵路現場實際CP0測量數據，通過對比在不同星歷條件下的GAMIT基線解算結果分析，得出以下結論：

（1） 各星歷條件解算下的標準化均方根誤差NRMS均小于0.3且相互較差較小，認為快速星歷與精密星歷解算的精度相當。

（2） 快速星歷條件解算后的基線約束平差后求得的未知點坐標與精密星歷計算結果相互較差均小于2 mm，可以認為快速星歷與精密星歷解算結果一致。

（3） 在節省時間成本的情況下，可以用快速星歷代替精密星歷進行GAMIT基線解算。

參考文獻：

［1］劉彥軍， 李建章， 劉江濤，等. 新版GAMIT10.70解算GPS/BDS基線精度對比分析［J］. 導航定位學報， 2019， 7（2）： 138142.

［2］孫瑞，黃張裕， 王尚祺，等.基于不同快速星歷的GAMIT解算精度分析［J］.導航定位學報， 2022，10（5）： 170177.

［3］慕仁海， 常春濤， 黨亞民， 等. GAMIT10.71解算GNSS 長基線精度分析［J］. 全球定位系統， 2020， 45（5）： 1419.