基于虛擬機(jī)的GAMIT軟件安裝與應(yīng)用

基于虛擬機(jī)的GAMIT/GLOBK軟件安裝與運(yùn)行康勝軍1、2何志堂2任秀波2李俊義21武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院湖北武漢4300792國(guó)家測(cè)繪地理信息局第一大地測(cè)量隊(duì)陜西西安710054摘要：本文介紹了一種基于虛擬機(jī)系統(tǒng)的GAMIT/GLOBK10.50安裝與運(yùn)行的方法，重點(diǎn)對(duì)安裝過(guò)程中的難點(diǎn)及可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，最后通過(guò)實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果說(shuō)明該方法完全可以滿(mǎn)足GPS解算的要求，并能顯著提高工作效率。關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)系統(tǒng)，GAMIT/GLOBK，GPS數(shù)據(jù)解算1、引言隨著GPS技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，高精度的GPS數(shù)據(jù)處理也越來(lái)越受到人們的重視。目前國(guó)際上比擬成熟的GPS數(shù)據(jù)處理軟件有瑞士Bernese大學(xué)的Bernese軟件、美國(guó)MIT/SIO的GAMIT/GLOBK軟件、德國(guó)GFZ的EPOS和美國(guó)JPL的GIPSY等[1]。其中GAMIT/GLOBK以雙差方法處理GPS觀測(cè)值，用最小二乘算法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，該方法可以完全消除衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)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(shí)由于該軟件的免費(fèi)性,代碼的開(kāi)放性，使得該軟件廣泛應(yīng)用于科研機(jī)構(gòu)、高校教學(xué)等。GAMIT/GLOBK是基于類(lèi)UNIX操作系統(tǒng)[2]開(kāi)發(fā)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件，其安裝和使用必須在類(lèi)UNIX操作系統(tǒng)中進(jìn)行。由于類(lèi)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(mén)較難，同時(shí)，GPS數(shù)據(jù)解算前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及后期的成果報(bào)表制作等也經(jīng)常要在WINDOWS下進(jìn)行，因而兩種系統(tǒng)是需要并存的，且應(yīng)具有易于相互訪(fǎng)問(wèn)的條件。多臺(tái)電腦時(shí)可借助網(wǎng)絡(luò)效勞輕松實(shí)現(xiàn)，但單臺(tái)電腦時(shí)，借助虛擬機(jī)軟件應(yīng)是不錯(cuò)的選擇。虛擬機(jī)是指通過(guò)軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過(guò)虛擬機(jī)軟件，我們可以在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上模擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬的計(jì)算機(jī)，這些虛擬機(jī)完全就像真正的計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行工作，例如我們可以安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源等等。通常，運(yùn)行虛擬機(jī)軟件的操作系統(tǒng)叫宿主系統(tǒng)，在虛擬機(jī)里運(yùn)行的操作系統(tǒng)叫來(lái)賓系統(tǒng)。目前流行的虛擬機(jī)軟件有VMware、VirtualBox和VirtualPC等，它們都能在WINDOWS系統(tǒng)上虛擬出多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本文選擇在VMwareWorkstation虛擬機(jī)中安裝opensuseLINUX操作系統(tǒng)，然后介紹在該來(lái)賓系統(tǒng)中安裝GAMIT/GLOBK、GCC、GMT等軟件的方法，最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證GAMIT/GLOBK進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)解算的過(guò)程。2、虛擬機(jī)中LINUX操作系統(tǒng)的安裝本文選擇的虛擬機(jī)是VMWareWorkstation10.0，類(lèi)UNIX操作系統(tǒng)是opensuse13.1。該操作系統(tǒng)是Novell的開(kāi)源LINUX工程，旨在推進(jìn)LINUX的廣泛使用，軟件源碼可在./zh-cn/網(wǎng)站免費(fèi)下載。其最大的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)單易用，尤其是YAST系統(tǒng)控制軟件，可使得原本復(fù)雜的配置輕松實(shí)現(xiàn)。VMWareWorkstation10.0的安裝很方便，按軟件提示進(jìn)行即可。虛擬機(jī)中安裝opensuse13.1的過(guò)程也相對(duì)較容易，但需要注意以下幾點(diǎn)：1〕安裝前，先將電腦硬盤(pán)轉(zhuǎn)換為ntfs格式，以便于存儲(chǔ)大于4G的iso文件。2〕opensuse13.1系統(tǒng)的硬盤(pán)空間至少為30G。3〕系統(tǒng)中確認(rèn)安裝的內(nèi)容有：kernel-source、binutils、make、GCC、gfortran、libX11-devel等。4〕虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)置為NAT，即來(lái)賓系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用共享宿主系統(tǒng)的IP。來(lái)賓系統(tǒng)與宿主系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換的方法很多，最簡(jiǎn)便的方法就是安裝VMwaretools，安裝后就可通過(guò)復(fù)制或粘貼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。就本文的VMWare與opensuse的版本，在安裝VMWaretools時(shí)需要同時(shí)安裝補(bǔ)丁，以確保復(fù)制或粘貼及共享文件夾均能正常使用。另外還可通過(guò)ISO文件、移動(dòng)介質(zhì)或LINUX系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)效勞實(shí)現(xiàn)來(lái)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(kāi)放的軟件，可在網(wǎng)站申請(qǐng)并免費(fèi)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(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。GAMIT軟件的安裝是對(duì)源代碼配置、編譯、安裝的過(guò)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(jìn)行說(shuō)明。3.1GCC的安裝說(shuō)明GCC的配置、安裝依賴(lài)關(guān)系復(fù)雜，因?yàn)樗墙⒃诙喾N程序庫(kù)的根底上，盡管大多數(shù)程序庫(kù)已默認(rèn)安裝在LINUX系統(tǒng)中，但是仍有一些需單獨(dú)安裝或更新。一般情況，需要單獨(dú)安裝的程序庫(kù)有：GMP、MPFR、MPC、ISL、CLOOG、PPL等。隨著GCC版本的不同，所需程序庫(kù)的版本也不同，可通過(guò)GCC軟件的安裝說(shuō)明文檔詳細(xì)查看，同時(shí)該說(shuō)明文檔中亦有各程序庫(kù)的下載地址及安裝步驟。由于各程序庫(kù)間亦存在一定的依賴(lài)關(guān)系，因此安裝時(shí)一般應(yīng)按上述順序進(jìn)行。GCC安裝過(guò)程中，應(yīng)將相應(yīng)的程序及庫(kù)文件路徑添加到環(huán)境變量和動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)中。環(huán)境變量的更新通常只需更改用戶(hù)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(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)的更新經(jīng)常被忽略，由此會(huì)引發(fā)一些意想不到的問(wèn)題。通常在安裝完所有程序庫(kù)后需要更新動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)，更新的方法如下：假設(shè)安裝程序的庫(kù)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(diào)用。假設(shè)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(yīng)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(jiǎn)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(huì)自動(dòng)下載、安裝。使用YAST軟件管理系統(tǒng)的前提是，你已經(jīng)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(jí)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(dòng)下載腳本〕、trackRT_pbod〔實(shí)時(shí)定位腳本〕、〔軟件更新安裝包〕。下面以用戶(hù)kang為例進(jìn)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(fù)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(shí)質(zhì)是：X11LIBPATH等于libX11.a或libX11.so或libX11.dylib的路徑。LINUX下的庫(kù)文件分為兩大類(lèi)：分別是動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)〔以.so或.dylib結(jié)尾〕和靜態(tài)函數(shù)庫(kù)〔以.a結(jié)尾〕，兩者的差異僅在于程序執(zhí)行時(shí)函數(shù)庫(kù)是否已參加到程序中，因此，兩種庫(kù)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(shè)實(shí)際目錄為/usr/lib/X11,那么X11LIBPATH=/usr/lib。查看最大測(cè)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(shè)需修改可按ctrl+c終止程序，修改/libraries/Makefile.config文件中的相關(guān)內(nèi)容，重新執(zhí)行./install_software即可。配置過(guò)程中，假設(shè)出現(xiàn)如下錯(cuò)誤提示：sorry,unimplemented:64-bitmodenotcompiledin,這主要原因是錯(cuò)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?qū)ibraries/Makefile.config以下內(nèi)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(shí)將gamit/solve/Makefile.generic以下內(nèi)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(huì)自動(dòng)建立安裝目錄的字符鏈接，如下：ln-s–f/home/kang/gamit10.50～/gg在用戶(hù)kang的根目錄下翻開(kāi).bashrc文件，并添加如下內(nèi)容：exportHELP_DIR=/home/kang/gg/help/exportGAMITHOME=/home/kang/ggexportPATH=$PATH:$GAMITHOME/com:$GAMITHOME/kf/bin:$GAMITHOME/gamit/bin執(zhí)行soruce/home/kang/.bashrc將立即更新環(huán)境變量。用命令globk–v查看gamit是否正確安裝。3.3GMT軟件的安裝GMT是通用繪圖軟件，其與GAMIT的結(jié)合較為緊密，gamit軟件中也提供了很多用GMT繪圖的程序，因此GMT軟件的安裝與應(yīng)用必不可少。GMT的編譯和運(yùn)行依賴(lài)的程序主要有：cmake、NETCDF、ghostscript等，通常系統(tǒng)在安裝時(shí)已安裝了cmake和ghostscript，因此只需要安裝NETCDF〔網(wǎng)絡(luò)通用數(shù)據(jù)格式〕軟件，同時(shí)還需下載GSHHS(全球海岸線(xiàn)數(shù)據(jù))——后已更名為GSHHG。本文以用戶(hù)kang為例進(jìn)行的安裝說(shuō)明。,步驟如下：tar–./configure--prefix=/home/kang/NETCDF--disable–netcdf-4makesudomakeinstall然后是GMT-4.5.7.tar.bz2的安裝，步驟如下：tar–zxvfcd./configure--enable-netcdf=/home/kang/NETCDFmakesudomakeinstall最后將GSHHS復(fù)制到目錄中，并解壓縮即可。安裝完成后，還需修改環(huán)境變量，只需在.bashrc文件中添加如下內(nèi)容：exportGMTHOME=/home/kangexportPATH=$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(yùn)行GAMIT/GLOBK軟件運(yùn)行前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，對(duì)于很多不熟悉LINUX系統(tǒng)用戶(hù)而言是比擬復(fù)雜的，但是基于虛擬機(jī)的GAMIT/GLOBK軟件運(yùn)行，使得用戶(hù)能方便的利用WINDOWS或LINUX系統(tǒng)中熟知的工具或技巧解決問(wèn)題，將主要的精力集中在GAMIT/GLOBK軟件學(xué)習(xí)和使用上，可提高應(yīng)用的效率。本文選取中國(guó)境內(nèi)9個(gè)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其中CHAN、GUAO、URUM、LHAZ、TNML、TWTF等6點(diǎn)作為控制點(diǎn)并進(jìn)行0.0001m的約束，WUHN、SHAO、BJFS三個(gè)點(diǎn)位作為未知點(diǎn)三進(jìn)行10m的約束[3]。準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)及表文件后，運(yùn)行解算批處理命令cshauto進(jìn)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(shí)還添加了平差處理、成果匯總等[4]。平差的結(jié)果見(jiàn)表1。表1平差結(jié)果〔單位m〕點(diǎn)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