基于虛擬機的GAMIT軟件安裝與應用

基于虛擬機的GAMIT/GLOBK軟件安裝與運行康勝軍1、2何志堂2任秀波2李俊義21武漢大學測繪學院湖北武漢4300792國家測繪地理信息局第一大地測量隊陜西西安710054摘要：本文介紹了一種基于虛擬機系統(tǒng)的GAMIT/GLOBK10.50安裝與運行的方法，重點對安裝過程中的難點及可能出現(xiàn)的問題進行了分析，最后通過實例進行了驗證。結果說明該方法完全可以滿足GPS解算的要求，并能顯著提高工作效率。關鍵詞：虛擬機系統(tǒng)，GAMIT/GLOBK，GPS數(shù)據(jù)解算1、引言隨著GPS技術應用領域的不斷擴展，高精度的GPS數(shù)據(jù)處理也越來越受到人們的重視。目前國際上比擬成熟的GPS數(shù)據(jù)處理軟件有瑞士Bernese大學的Bernese軟件、美國MIT/SIO的GAMIT/GLOBK軟件、德國GFZ的EPOS和美國JPL的GIPSY等[1]。其中GAMIT/GLOBK以雙差方法處理GPS觀測值，用最小二乘算法進行參數(shù)估計，該方法可以完全消除衛(wèi)星鐘差和接收機鐘差的影響，也可以明顯減弱諸如軌道誤差、大氣折射誤差等系統(tǒng)性誤差的影響。同時由于該軟件的免費性,代碼的開放性，使得該軟件廣泛應用于科研機構、高校教學等。GAMIT/GLOBK是基于類UNIX操作系統(tǒng)[2]開發(fā)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件，其安裝和使用必須在類UNIX操作系統(tǒng)中進行。由于類UNIX操作系統(tǒng)與通用的WINDOWS操作系統(tǒng)的差異，使得GAMIT/GOLBK軟件的入門較難，同時，GPS數(shù)據(jù)解算前的數(shù)據(jù)準備及后期的成果報表制作等也經常要在WINDOWS下進行，因而兩種系統(tǒng)是需要并存的，且應具有易于相互訪問的條件。多臺電腦時可借助網絡效勞輕松實現(xiàn)，但單臺電腦時，借助虛擬機軟件應是不錯的選擇。虛擬機是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)。通過虛擬機軟件，我們可以在一臺物理計算機上模擬出一臺或多臺虛擬的計算機，這些虛擬機完全就像真正的計算機那樣進行工作，例如我們可以安裝操作系統(tǒng)、安裝應用程序、訪問網絡資源等等。通常，運行虛擬機軟件的操作系統(tǒng)叫宿主系統(tǒng)，在虛擬機里運行的操作系統(tǒng)叫來賓系統(tǒng)。目前流行的虛擬機軟件有VMware、VirtualBox和VirtualPC等，它們都能在WINDOWS系統(tǒng)上虛擬出多個計算機系統(tǒng)。本文選擇在VMwareWorkstation虛擬機中安裝opensuseLINUX操作系統(tǒng)，然后介紹在該來賓系統(tǒng)中安裝GAMIT/GLOBK、GCC、GMT等軟件的方法，最后通過實例驗證GAMIT/GLOBK進行GPS數(shù)據(jù)解算的過程。2、虛擬機中LINUX操作系統(tǒng)的安裝本文選擇的虛擬機是VMWareWorkstation10.0，類UNIX操作系統(tǒng)是opensuse13.1。該操作系統(tǒng)是Novell的開源LINUX工程，旨在推進LINUX的廣泛使用，軟件源碼可在./zh-cn/網站免費下載。其最大的特點就是簡單易用，尤其是YAST系統(tǒng)控制軟件，可使得原本復雜的配置輕松實現(xiàn)。VMWareWorkstation10.0的安裝很方便，按軟件提示進行即可。虛擬機中安裝opensuse13.1的過程也相對較容易，但需要注意以下幾點：1〕安裝前，先將電腦硬盤轉換為ntfs格式，以便于存儲大于4G的iso文件。2〕opensuse13.1系統(tǒng)的硬盤空間至少為30G。3〕系統(tǒng)中確認安裝的內容有：kernel-source、binutils、make、GCC、gfortran、libX11-devel等。4〕虛擬機的網絡連接設置為NAT，即來賓系統(tǒng)網絡采用共享宿主系統(tǒng)的IP。來賓系統(tǒng)與宿主系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換的方法很多，最簡便的方法就是安裝VMwaretools，安裝后就可通過復制或粘貼實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。就本文的VMWare與opensuse的版本，在安裝VMWaretools時需要同時安裝補丁，以確保復制或粘貼及共享文件夾均能正常使用。另外還可通過ISO文件、移動介質或LINUX系統(tǒng)中的網絡效勞實現(xiàn)來賓系統(tǒng)與宿主系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。3、GAMIT/GOLBK的安裝GAMIT/GLOBK是源代碼開放的軟件，可在網站申請并免費下載。GAMIT的最新版本為10.50，最新的更新包日期為2023年12月6日。本文以最新軟件及更新包的安裝、應用進行說明。GAMIT軟件的安裝是對源代碼配置、編譯、安裝的過程。軟件建議使用GCC4.2(含GFORTRAN)以上版本編譯器，低版本GCC亦然可以使用，但不能使用的版本有4.0、4.1.1、4.3等。本文先就GCC的安裝進行說明。3.1GCC的安裝說明GCC的配置、安裝依賴關系復雜，因為它是建立在多種程序庫的根底上，盡管大多數(shù)程序庫已默認安裝在LINUX系統(tǒng)中，但是仍有一些需單獨安裝或更新。一般情況，需要單獨安裝的程序庫有：GMP、MPFR、MPC、ISL、CLOOG、PPL等。隨著GCC版本的不同，所需程序庫的版本也不同，可通過GCC軟件的安裝說明文檔詳細查看，同時該說明文檔中亦有各程序庫的下載地址及安裝步驟。由于各程序庫間亦存在一定的依賴關系，因此安裝時一般應按上述順序進行。GCC安裝過程中，應將相應的程序及庫文件路徑添加到環(huán)境變量和動態(tài)函數(shù)庫中。環(huán)境變量的更新通常只需更改用戶根目錄下的.bashrc文件，如添加/usr/local/lib到環(huán)境變量中，只需增加exportPATH=$PATH:/usr/local/lib即可。動態(tài)函數(shù)庫的更新經常被忽略，由此會引發(fā)一些意想不到的問題。通常在安裝完所有程序庫后需要更新動態(tài)函數(shù)庫，更新的方法如下：假設安裝程序的庫文件存放在/usr/local/lib目錄中，先將/usr/local/lib添加到/etc/ld.so.conf文件中，再執(zhí)行sudo/sbin/ldconfig–v即可。GCC安裝完成后，還需建立新版本程序的鏈接，這樣才可被GAMIT的安裝程序調用。假設GCC安裝在文件中，那么建立gfortran程序的鏈接，執(zhí)行如下命令：同樣，可建立gcc、g++、c++、cpp等程序的鏈接。在建立鏈接前應注意備份老版本程序，以備后用。至此，GCC安裝完畢，可用命令gfrotran–v查看GCC是否正確安裝。GCC作為系統(tǒng)中必備的編譯器，其還有更為簡便的安裝方法，尤其是在opensuse系統(tǒng)中，只需在YAST的軟件管理系統(tǒng)中輸入GCC，可根據(jù)提供的列表選擇需要安裝的GCC版本，系統(tǒng)會自動下載、安裝。使用YAST軟件管理系統(tǒng)的前提是，你已經配置好軟件源。3.2GAMIT軟件的安裝GAMIT軟件的主要組件如下：install_software〔安裝批處理腳本〕、install_updates〔升級批處理腳本〕、gamit.10.50.tar.gz〔GAMIT軟件安裝包〕、com.10.50.tar.gz〔外部組件安裝包〕、kf.10.50.tar.gz〔卡爾曼濾波軟件安裝包〕、libiaries.10.50.tar.gz〔數(shù)據(jù)模板安裝包〕、tables.10.50.tar.gz〔表文件安裝包〕、help.10.50.tar.gz〔幫助文件安裝包〕、maps.10.1.tar.gz〔地圖數(shù)據(jù)安裝包〕、〔地形數(shù)據(jù)安裝包〕、example.10.50.tar.gz〔例如安裝包〕、〔例如數(shù)據(jù)下載安裝包〕、cron.sp3u〔精密星歷自動下載腳本〕、trackRT_pbod〔實時定位腳本〕、〔軟件更新安裝包〕。下面以用戶kang為例進行GAMIT軟件的安裝。安裝的步驟如下：mkdir/home/kang/gamit10.50從下載目錄中復制GAMIT所有組件到/home/kang/gamit10.50/中；cd/home/kang/gamit10.50./install_software解壓縮完成后，掃描系統(tǒng)的libX11-devel的安裝目錄，實質是：X11LIBPATH等于libX11.a或libX11.so或libX11.dylib的路徑。LINUX下的庫文件分為兩大類：分別是動態(tài)函數(shù)庫〔以.so或.dylib結尾〕和靜態(tài)函數(shù)庫〔以.a結尾〕，兩者的差異僅在于程序執(zhí)行時函數(shù)庫是否已參加到程序中，因此，兩種庫文件的選用是隨意的；X11INCPATH等于Xlib.h的路徑，并且路徑已缺省包含了X11目錄，即假設實際目錄為/usr/lib/X11,那么X11LIBPATH=/usr/lib。查看最大測站數(shù)MAXSIT、最大衛(wèi)星數(shù)MAXSAT、最大天頂延遲參數(shù)MAXATM、最大歷元數(shù)MAXEPC等參數(shù)是否適宜，假設需修改可按ctrl+c終止程序，修改/libraries/Makefile.config文件中的相關內容，重新執(zhí)行./install_software即可。配置過程中，假設出現(xiàn)如下錯誤提示：sorry,unimplemented:64-bitmodenotcompiledin,這主要原因是錯選了64位系統(tǒng)的Makefile.config文件，只需更換為32位系統(tǒng)的文件即可，或將libraries/Makefile.config以下內容中的m64更改為m32。###GCCV4gfortranflags###FTN=gfortranFFLAGS=-O3-Wuninitialized-fno-f2c-ffast-math-fno-automatic-fno-backslash–m64CC=gcc#For64-bitmachines:CFLAGS=-g–m64-DADD64BIT同時將gamit/solve/Makefile.generic以下內容中的m64更改為m32。FFLAGS=-O3-Wuninitialized-Wunused-fno-f2c-ffast-math–m64#gftn修改完成后，重新執(zhí)行./install_software即可。安裝完成,程序會自動建立安裝目錄的字符鏈接，如下：ln-s–f/home/kang/gamit10.50～/gg在用戶kang的根目錄下翻開.bashrc文件，并添加如下內容：exportHELP_DIR=/home/kang/gg/help/exportGAMITHOME=/home/kang/ggexportPATH=$PATH:$GAMITHOME/com:$GAMITHOME/kf/bin:$GAMITHOME/gamit/bin執(zhí)行soruce/home/kang/.bashrc將立即更新環(huán)境變量。用命令globk–v查看gamit是否正確安裝。3.3GMT軟件的安裝GMT是通用繪圖軟件，其與GAMIT的結合較為緊密，gamit軟件中也提供了很多用GMT繪圖的程序，因此GMT軟件的安裝與應用必不可少。GMT的編譯和運行依賴的程序主要有：cmake、NETCDF、ghostscript等，通常系統(tǒng)在安裝時已安裝了cmake和ghostscript，因此只需要安裝NETCDF〔網絡通用數(shù)據(jù)格式〕軟件，同時還需下載GSHHS(全球海岸線數(shù)據(jù))——后已更名為GSHHG。本文以用戶kang為例進行的安裝說明。,步驟如下：tar–./configure--prefix=/home/kang/NETCDF--disable–netcdf-4makesudomakeinstall然后是GMT-4.5.7.tar.bz2的安裝，步驟如下：tar–zxvfcd./configure--enable-netcdf=/home/kang/NETCDFmakesudomakeinstall最后將GSHHS復制到目錄中，并解壓縮即可。安裝完成后，還需修改環(huán)境變量，只需在.bashrc文件中添加如下內容：exportGMTHOME=/home/kangexportPATH=$PATH:$GMTHOME/bin至此，GMT-4.5.7安裝完成，可用命令psxy–-help查看GMT是否正確安裝。4、GAMIT/GLOBK軟件的運行GAMIT/GLOBK軟件運行前的數(shù)據(jù)準備，對于很多不熟悉LINUX系統(tǒng)用戶而言是比擬復雜的，但是基于虛擬機的GAMIT/GLOBK軟件運行，使得用戶能方便的利用WINDOWS或LINUX系統(tǒng)中熟知的工具或技巧解決問題，將主要的精力集中在GAMIT/GLOBK軟件學習和使用上，可提高應用的效率。本文選取中國境內9個IGS站〔wuhn、shao、chan、bjfs、guao、urum、lhaz、tnml、twtf)2023年12月9日至14日的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。其中CHAN、GUAO、URUM、LHAZ、TNML、TWTF等6點作為控制點并進行0.0001m的約束，WUHN、SHAO、BJFS三個點位作為未知點三進行10m的約束[3]。準備好數(shù)據(jù)及表文件后，運行解算批處理命令cshauto進行解算，其中auto批處理文件是根據(jù)單步解算命令makexp編制，同時還添加了平差處理、成果匯總等[4]。平差的結果見表1。表1平差結果〔單位m〕點名XYZΣxΣyΣzWUHN-2267749.7405009154.2683221290.6530.00150.00280.0018BJFS-2148744.3644426641.2134044655.8560.00090.00160.0013SHAO-2831733.7764675665.8343275369.3160.00120.00180.0013CHAN-2674427.4883757143.1284391521.5810.00010.00010.0001TWTF-2994428.4274951309.1432674496.7720.00010.00010.0001TNML-2982779.3714966662.5222658805.6370.00010.00010.0001LHAZ-106941.8575549269.8153139215.1350.00010.00010.0001URUM193030.3514606851.3004393311.5250.00010.00010.000