基于TEQC的山東CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估

董正華1,郭金運(yùn)1,劉相威1,周長(zhǎng)志2,張海平2,馮彥同2

(1.山東科技大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院,青島 266590;2.山東省國(guó)土測(cè)繪院,濟(jì)南 250102)

摘要：為了評(píng)價(jià)山東CORS(SDCORS)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量,利用TEQC等軟件對(duì)SDCORS各基準(zhǔn)站2012年全年的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析、結(jié)果統(tǒng)計(jì)和可視化顯示。采用IGS的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其MP1、MP2和CRS值進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果顯示:2012年期間,絕大部分的SDCORS基準(zhǔn)站采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量良好,滿足SDCORS的運(yùn)行要求,個(gè)別測(cè)站的運(yùn)行狀態(tài)不佳,需要維護(hù)。

關(guān)鍵詞：SDCORS;基準(zhǔn)站;TEQC;數(shù)據(jù)質(zhì)量;多路徑效應(yīng)

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.05.017

中圖分類號(hào)：P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-9268(2015)05-0090-05

收稿日期：2015-04-23

作者簡(jiǎn)介

Abstract:In order to assess the data quality of SDCORS, we use TEQC and other softwares to process the full-year data in 2012 of SDCORS to analyze the multipath effect and observations per cycle slip. MP1, MP2and CRS of SDCORS are assessed based on the criterion of data quality check standard of IGS. The practical results show that the data quality of most of the base stations of SDCORS is very good and meets the operational requirements, but a few base stations need to be maintained in 2012.

0引言

參考站連續(xù)正常運(yùn)行是整個(gè)CORS系統(tǒng)能否充分發(fā)揮效應(yīng)最為關(guān)鍵的部分,更清楚地了解已建站周邊環(huán)境是否存在可以引起多路徑效應(yīng)的反射物、電磁干擾以及其它的一些干擾因素,對(duì)掌握觀測(cè)站的數(shù)據(jù)質(zhì)量,確保整個(gè)CORS系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義[1-4]。

山東省衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行綜合應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)(SDCORS)是山東省的一項(xiàng)重要空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)工程,建成以來(lái)向社會(huì)各行業(yè)提供各種地理空間信息數(shù)據(jù)服務(wù),創(chuàng)造了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。SDCORS系統(tǒng)的實(shí)際構(gòu)網(wǎng)站點(diǎn)149個(gè),實(shí)現(xiàn)了與國(guó)家陸態(tài)網(wǎng)、省地震局CMONOSD系統(tǒng)、省氣象局GNSS/MET系統(tǒng)以及外省(江蘇、河南、河北)CORS,濟(jì)南CORS、青島CORS、淄博CORS、日照CORS、煙臺(tái)CORS等系統(tǒng)多行業(yè)、多層次的數(shù)據(jù)共享。SDCORS整合了不同行業(yè)、不同部門(mén)在不同時(shí)期建立的參考站點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,設(shè)備性能高低不一,其基準(zhǔn)站設(shè)備類型有拓普康、天寶、徠卡;接收機(jī)類型主要有:TPS NETG3、LEICA GRX1200-GGPRO、ASHTECH UZ-12、TRIMBLE NETR8等,觀測(cè)采用高精度測(cè)地型天線,采樣率統(tǒng)一為30 s.

TEQC軟件是由UNAVCO開(kāi)發(fā)和研制的GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件[5],可對(duì)GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行檢查,其被廣泛應(yīng)用在城市、大型工程控制網(wǎng)的GNSS數(shù)據(jù)預(yù)處理中,有助于觀測(cè)誤差的分析,提高測(cè)量成果的精度[6-7]。TEQC主要有RINEX數(shù)據(jù)編輯、格式轉(zhuǎn)換和質(zhì)量檢核三大功能模塊。其質(zhì)量檢核模塊,用于檢查雙頻GPS接收機(jī)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的質(zhì)量,是TEQC軟件的核心[8-10]。

本文通過(guò)對(duì)SDCORS連續(xù)參考站系統(tǒng)105個(gè)測(cè)站GPS接收機(jī)一年的連續(xù)觀測(cè)的質(zhì)量檢驗(yàn)和分析,可以反映出各個(gè)基準(zhǔn)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和穩(wěn)定性,以了解基準(zhǔn)站周圍環(huán)境、儀器的穩(wěn)定性是否發(fā)生變化,為基準(zhǔn)站的維護(hù)和升級(jí)改造提供參考,并不斷積累經(jīng)驗(yàn),同時(shí)為其它地域或省域在參考站選址、維護(hù)升級(jí)提供有力依據(jù)。

1質(zhì)量評(píng)估原理

在GPS測(cè)量中,多路徑效應(yīng)、周跳變化是反映GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo)[11-14]。習(xí)慣上將偽距多路徑效應(yīng)在一定時(shí)間窗口內(nèi)均方根(rms),每周跳觀測(cè)值數(shù)(o/slps)作為反映觀測(cè)數(shù)據(jù)的指標(biāo)[15-16]。

資助項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):41374009)； 山東省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):ZR2013DM009); 公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(編號(hào):201412001)； 山東科技大學(xué)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(編號(hào):2014TDJH101)

聯(lián)系人： 董正華 E-mail: d412172098@163.com

本文主要以L1偽距多路徑效應(yīng)(MP1)、L2偽距多路徑效應(yīng)(Mp2)和每周跳觀測(cè)值數(shù)(o/slps)三項(xiàng)作為質(zhì)量評(píng)價(jià)的指標(biāo)[1,17],來(lái)評(píng)價(jià)GPS觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)環(huán)境和觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。其中o/slps用較為直觀的CRS表示為

(1)

Mp1、Mp2通過(guò)下式得到:

(2)

(3)

式中: P1、P2分別表示L1、L2碼偽距觀測(cè)量; φ1、φ2分別表示L1、L2載波相位觀測(cè)量; α為頻率f1和f2之比的平方[18],

2數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核結(jié)果及分析

本文基于TEQC軟件、GMT軟件和Fortran程序?qū)崿F(xiàn)了SDCORS數(shù)據(jù)的自動(dòng)化質(zhì)量檢核及可視化顯示,并結(jié)合Matlab軟件對(duì)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。TEQC的質(zhì)量檢核有qc2lite和qc2full兩種方式,本文采用qc2full方式。對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)文件*.yyO(yy為年份的后兩位)進(jìn)行質(zhì)量檢核后生成9個(gè)分析結(jié)果文件,其中*.yyS文件中記錄了數(shù)據(jù)的采集時(shí)間長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)采樣率、多路徑效應(yīng)影響、數(shù)據(jù)利用率、每周跳觀測(cè)值等大量信息文本[5,19,20]。通過(guò)TEQC軟件中的運(yùn)行命令teqc+qc+sym*.yyO (sym*為文件名,yy代表年份),對(duì)SDCORS的105個(gè)基準(zhǔn)站從2012年1月1日至12月31日觀測(cè)文件的處理,獲得了各基準(zhǔn)站的質(zhì)量分析結(jié)果文件,從*.yyS文件中提取了各基準(zhǔn)站每天的Mp1、Mp2和CRS值,圖1示出了SDCORS連續(xù)運(yùn)營(yíng)基準(zhǔn)站分布圖，圖2示出了各基準(zhǔn)站的年平均值可視化結(jié)果。

IGS的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)分析顯示,超過(guò)半數(shù)的IGS站的CRS年平均值小于5,2/3以上CRS平均值在10以下。對(duì)于多路徑效應(yīng)而言,2/3的IGS站的Mp1平均值小于0.5,而2/3的Mp2平均值小于0.75[2,6]。本文依照2/3的IGS站的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

如圖2所示,各基準(zhǔn)站圓圈站標(biāo)的三個(gè)扇形分別表示MP1、MP2和CRS值,其色帶的閾值分別為0.5、0.75、10.

由于QHRS、PYRS兩個(gè)站點(diǎn)沒(méi)有實(shí)際的觀測(cè)值信息,所以在對(duì)SDCOSR的MP1、MP2、CRS值值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí),將這兩個(gè)站點(diǎn)排除在外。表1示出了為SDCORS的103個(gè)站點(diǎn)MP1、MP2、CRS值值的統(tǒng)計(jì)信息,從其統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,本次解算的穩(wěn)定性較好、可靠性較高。

表1　SDCORS基準(zhǔn)站 M p1、 M p2和 CRS值統(tǒng)計(jì)表

圖1　SDCORS連續(xù)運(yùn)營(yíng)基準(zhǔn)站分布圖

圖2　SDCORS基準(zhǔn)站M P1、M P2和CRS值可視化圖形(2012年均值)

從圖2中可以較為直觀的看出,SDCORS絕大部分基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)質(zhì)量都優(yōu)于IGS標(biāo)準(zhǔn),只有TEZH、QUFU、LYLZ、LAIZ、GQZD、PIZH六個(gè)站點(diǎn)存在淺色部分,即存在異常。對(duì)照表2得知:LAIZ、TEZH、LYLZ站的MP1值高于IGS標(biāo)準(zhǔn),PIZH站的MP1、MP2值指標(biāo)均高于標(biāo)準(zhǔn),QUFU、GQZD站MP1值接近IGS標(biāo)準(zhǔn)。另外QHRS、PYRS兩臺(tái)站也存在異常,MP1、MP2、CRS值均為0,經(jīng)查實(shí)得知這兩個(gè)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)文件只有頭文件,沒(méi)有實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù),其原因?yàn)樵O(shè)備故障。本文給出了PIZH、TEZH、QUFU、LYLZ、LAIZ、GQZD六個(gè)站三項(xiàng)指標(biāo)的每日變化圖,如圖3~圖

8所示。從圖3中可知:PIZH站的MP1、MP2和CRS值明顯異常,自2012年2月份起質(zhì)量逐步下降,至4月份起超出IGS標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo),經(jīng)調(diào)查得知為設(shè)備老化所致。TEZH(如圖4所示)、LYLZ(如圖6所示)、LAIZ(如圖7所示)站的MP1值均較大,這與基準(zhǔn)站站周圍樹(shù)木、建筑物和L1信號(hào)頻率電磁干擾有關(guān)。QUFU站(如圖5所示)在6月份MP1略高于IGS指標(biāo),6月份之后數(shù)據(jù)質(zhì)量逐漸優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn),且保持較高的穩(wěn)定性,這與此站點(diǎn)周圍環(huán)境變化的影響有關(guān)。GQZD站(如圖8所示)在8月份數(shù)據(jù)質(zhì)量發(fā)生突變,通過(guò)查詢?nèi)罩景l(fā)現(xiàn),疑是臺(tái)站遭受雷擊后性能受到影響所致。

表2　SDCORS基準(zhǔn)站問(wèn)題測(cè)站 M p1、 M p2和 CRS值統(tǒng)計(jì)表(2012年均值)

圖3　PIZH站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(shì)(2012)

圖4　TEZH站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(shì)(2012)

圖5　QUFU站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(shì)(2012)

圖6　LYLZ站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(shì)(2012)

圖7　LYLZ站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(shì)(2012)

圖8　GQZDZ站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(shì)(2012)

3結(jié)束語(yǔ)

利用TEQC軟件對(duì)SDCORS站的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),從得到的結(jié)果看,SDCORS站址的選擇合理,觀測(cè)環(huán)境良好,整體觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,且明顯優(yōu)于IGS參考站的數(shù)據(jù)指標(biāo),大部分基準(zhǔn)站運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好、穩(wěn)定性高。MP1、MP2和CRS年均值(2012)優(yōu)于IGS標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)站分別占到96.2%、99%、100%.這表明,SDCORS的GPS接收機(jī)適合作為SDCORS的基準(zhǔn)站使用,為SDCORS提供了穩(wěn)定、連續(xù)和高質(zhì)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。其少有的幾個(gè)基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)質(zhì)量較差或沒(méi)有數(shù)據(jù),這與周圍樹(shù)木和建筑物的影響及存在電磁干擾、遭受雷擊等因素有關(guān),需要進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 白鋒. 徠卡GNSS QC用于GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析的研究[J]. 測(cè)繪通報(bào), 2010(6): 72-73.

[2] 陳超賢, 陳光, 王青平, 等. 福建GPS連續(xù)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)與分析[J]. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2014, 34(4): 17-20.

[3] 陳中新, 系長(zhǎng)元, 范占永, 等. 應(yīng)用TEQC對(duì)GPS連續(xù)參考站數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析[J]. 全球定位系統(tǒng), 2007, 33(3): 35-37.

[4] 曲金峰, 寧新國(guó). 長(zhǎng)春市CORS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析[J]. 城市勘測(cè), 2015(1): 82-85.

[5] UNAVCO Facility. TEQC tutorial[EB/OL]. http://facility.unavco.org/software/teqc/tutorial.html,2009-7-16.

[6] 李軍, 王繼業(yè), 熊熊, 等. 東北亞地區(qū)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)和分析[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版, 2006, 31(3): 209-212.

[7] 趙傳華, 秘金鐘, 黨亞民. 基于TEQC的數(shù)據(jù)預(yù)處理分析[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報(bào), 2013, 1(1): 84-88.

[8] ESTEY L H, MEERTENS C M. TEQC: The Multi-purpose toolkit for GPS/GLONASS data[J]. GPS Solutions, 1999, 3(1): 42-49.

[9] 余文坤, 戴吾蛟, 楊哲. 基于TEQC的GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2010, 30(5): 81-85.

[10]張亦梅, 特木其勒, 劉可, 等. 應(yīng)用TEQC對(duì)湖北省陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析[J]. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2011, 31(Supp): 94-96.

[11]BRAASCH M S. Isolation of GPS multipath and receiver tracking errors[J]. Journal of the Institute of Navigation, 1995, 41(4): 415-434.

[12]郭金運(yùn), 宗干, 李旺, 等. GPS單星單歷元模糊度與電離層延遲分類解算[J]. 山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版, 2015, 34(1): 54-60.

[13]GUO J Y, LI G W, KONG Q L,etal. Modeling GPS multipath effect based on spherical cap harmonic analysis [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014, 24(6): 1874-1879.

[14]李征航, 黃勁松. GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M]. 武漢:武漢大學(xué)出版社, 2005.

[15]呂成亮, 張勝凱, 鄂棟臣. 南極GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析[J]. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2011, 31(2): 117-120.

[16]LOUIS H E, MEERTENS C M. The multi-purpose toolkit for GPS/GLONASS data[J]. GPS Solutions, 1999, 3(1): 42-49.

[17]朱紹攀, 張書(shū)畢. TEQC在礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)選址中的應(yīng)用[J]. 測(cè)繪信息與工程, 2012, 37(2): 25-27.

[18]李國(guó)偉, 郭金運(yùn), 王書(shū)陽(yáng), 等. 基于動(dòng)態(tài)單點(diǎn)定位的GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)分析[J]. 山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版, 2013, 32(3): 89-94.

[19]范士杰, 郭際明, 彭秀英. TEQC在GPS數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用與分析[J]. 測(cè)繪信息工程, 2004, 29(2): 33-35.

[20]葉大綱. GPS接收儀資料品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)及校正系統(tǒng)之建立[D]. 臺(tái)灣:國(guó)立交通大學(xué), 2005.

董正華(1989-),男,碩士生,主要從事GNSS數(shù)據(jù)處理等研究。

郭金運(yùn)(1969-),男,博士,教授,博導(dǎo),主要從事空間大地測(cè)量、海洋大地測(cè)量和物理大地測(cè)量等研究。

劉相威(1990-),男,碩士生,主要從事空間大地測(cè)量研究。

Data Quality Assessment of SDCORS with TEQC

DONG Zhenghua1,GUO Jinyun1,LIU Xiangwei1,ZHOU Changzhi2,

ZHANG Haiping2, FENG Yantong2

(1.CollegeofGeodesyandGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology,

Qingdao266590,China;2.ShandongProvincialInstituteof

LandSurveyingandMapping,Ji'nan250102,China)

Key words: SDCORS; base station; TEQC; data quality; multi-path effect