基于AJAX技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web前端GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

曾泛林 ， 洪 偉， 陳尚貴

（1.廣州市房地產(chǎn)測(cè)繪院，廣東 廣州 510030；2.廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院，廣東 廣州 510500）

在進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)精密處理時(shí)，通常需要對(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性的編輯和取舍，以提高數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量。數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核一般采用功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)單易用的GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件TEQC完成[1]。在TEQC檢核完成后通常采用第三方工具對(duì)結(jié)果進(jìn)行圖形化顯示。目前普遍采用的圖形化軟件一類是DOS程序如QCVIEW、CF2PS等，需要以命令行方式操作，在Windows XP之后的版本中必須采用輔助工具如DosBox才能運(yùn)行，輸出的圖形格式（Postscript）也必須使用專用軟件才能打開(kāi)[2]；另一類是Matlab程序如TEQCPlot等，則依賴Matlab平臺(tái)，需要使用者首先熟悉Matlab[3]。這2類軟件每次都只能讀入并顯示一個(gè)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯之后需要頻繁地重新執(zhí)行TEQC檢核和生成圖形，操作效率低。本文開(kāi)發(fā)了基于AJAX技術(shù)的Web前端GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核分析應(yīng)用，可以很便利地在Web頁(yè)面提交數(shù)據(jù)，無(wú)需安裝任何軟件，也不依賴任何平臺(tái)即可在前端生成交互性極強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析界面。一次讀取即可反復(fù)進(jìn)行剔除衛(wèi)星、時(shí)間軸開(kāi)窗、單獨(dú)顯示某顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)等功能，具有很好的實(shí)用性。

1 TEQC數(shù)據(jù)檢核原理及設(shè)計(jì)思路

質(zhì)量檢核是TEQC最主要的功能，通過(guò)命令行方式進(jìn)行。其基本原理是通過(guò)偽距和相位觀測(cè)量的線性組合計(jì)算出觀測(cè)量的多路徑效應(yīng)、電離層延遲對(duì)相位的影響、電離層延遲的變化率以及接收機(jī)的鐘漂和周跳等[3]。

根據(jù)是否采用導(dǎo)航文件，TEQC分qc-lite和qcfull兩種模式進(jìn)行檢核。qc-lite模式共生成7個(gè)結(jié)果文件，分別為匯總文件（*.??S）、 載波電離層延遲文件（*.ion）、電離層延遲變化率文件（*.iod）、 載波C/A碼或P碼偽距多路徑效應(yīng)影響文件（*.mp1）、 載波 P碼偽距多路徑效應(yīng)影響文件（*.mp2）、 載波信噪比文件（*.sn1）、 載波信噪比文件（*.sn2）等。對(duì)于qc-full方式，如果導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件和觀測(cè)數(shù)據(jù)文件在同一目錄下，則TEQC會(huì)自動(dòng)搜索導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件，檢核的結(jié)果除了生成上面的7個(gè)文件以外，還有另外兩個(gè)數(shù)據(jù)文件：*.azi（方位角文件）、*.ele（高度角文件）[1]。所有統(tǒng)計(jì)項(xiàng)都以浮點(diǎn)數(shù)值表示。

TEQC統(tǒng)計(jì)結(jié)果文件的格式除匯總文件*.??S外，其他統(tǒng)計(jì)文件的格式都一致，類似RINEX文件分為頭部信息和數(shù)據(jù)信息，前幾行分別列出衛(wèi)星編號(hào)、采樣間隔、開(kāi)始時(shí)間（約化儒略日）等關(guān)鍵信息，從大約第5行開(kāi)始記錄每次發(fā)生鎖星變化時(shí)鎖定的衛(wèi)星數(shù)和衛(wèi)星列表，再下一行為衛(wèi)星列表中每個(gè)衛(wèi)星在每個(gè)歷元的對(duì)應(yīng)觀測(cè)值，以-1標(biāo)識(shí)符結(jié)束該歷元。根據(jù)統(tǒng)計(jì)文件的格式，可以編寫(xiě)程序讀取統(tǒng)計(jì)信息，以歷元為橫軸，統(tǒng)計(jì)值為縱軸，生成觀測(cè)值相對(duì)歷元的分布情況圖表，直觀地進(jìn)行判斷。

開(kāi)發(fā)分前端和后端2部分，前端開(kāi)發(fā)主要采用AJAX技術(shù)。AJAX是一種“異步”的數(shù)據(jù)交互方式，對(duì)于較為頻繁的Web端操作以及與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)傳輸，可以用最小的數(shù)據(jù)傳輸量和局部重載來(lái)減少響應(yīng)時(shí)間。JSON是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，是Javascript的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于占用空間小，解析速度快，已成為了使用AJAX技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)的首選方式[4]。本文采用jQuery作為前端開(kāi)發(fā)框架，并采用功能強(qiáng)大的開(kāi)源圖表庫(kù)Highcharts進(jìn)行圖形開(kāi)發(fā)。

服務(wù)器端的開(kāi)發(fā)采用Nginx作為Web服務(wù)器，采用基于Python語(yǔ)言的Web框架Django以MVC（模型-視圖-控制器）方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。服務(wù)器端的開(kāi)發(fā)主要是調(diào)用TEQC進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的文件格式生成JSON格式文件供前端調(diào)用。

整個(gè)流程如下：Web前端上傳數(shù)據(jù)提交給服務(wù)器，服務(wù)器端調(diào)用TEQC進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)，并生成JSON文件保存到網(wǎng)站下指定目錄，在Web前端發(fā)生jQuery的getJSON請(qǐng)求之后，JS加載該JSON文件并解析，解析結(jié)果傳遞給圖表庫(kù)Highcharts，在Web前端生成可見(jiàn)各單項(xiàng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的圖形，如圖1。在Web前端發(fā)生交互如禁用衛(wèi)星、時(shí)間軸開(kāi)窗等動(dòng)作時(shí)，jQuery重新加載JSON數(shù)據(jù)并重新初始化Highcharts對(duì)象，刷新Web前端的圖表[5]。

圖1 總體流程圖

2 前后端AJAX方式開(kāi)發(fā)

2.1 AJAX交互過(guò)程

Web前端的交互過(guò)程為：

1）頁(yè)面載入時(shí)即加載jQuery，為改善用戶體驗(yàn)，在初次載入頁(yè)面時(shí)默認(rèn)加載某一統(tǒng)計(jì)項(xiàng)的JSON格式文件，初始化Highcharts對(duì)象；

2）點(diǎn)擊面板切換時(shí)根據(jù)面板內(nèi)容采用getJSON方法加載對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果JSON格式文件；

3）解析JSON數(shù)據(jù)，獲取起始時(shí)間、觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)、采樣間隔、衛(wèi)星列表、衛(wèi)星列表中每顆衛(wèi)星在每個(gè)歷元對(duì)應(yīng)觀測(cè)值等數(shù)據(jù)；

4）給Highcharts對(duì)象賦值，更新Highcharts的div塊數(shù)據(jù)，頁(yè)面局部刷新；

5）發(fā)生禁用衛(wèi)星、時(shí)間軸開(kāi)窗等交互動(dòng)作時(shí)重新加載JSON并初始化Highcharts對(duì)象數(shù)組。

2.2 服務(wù)器端開(kāi)發(fā)

服務(wù)器端采用Linux系統(tǒng)為平臺(tái)，Nginx為Web服務(wù)器提供靜態(tài)解析，基于Python語(yǔ)言的Django框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，uwsgi進(jìn)行Python語(yǔ)言的解析。開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)是視圖（View），思路是在數(shù)據(jù)上傳完成時(shí)生成shell命令，調(diào)用Linux版本的TEQC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核。

在Django項(xiàng)目urls.py中增加視圖對(duì)應(yīng)的URL，在上傳完成時(shí)跳轉(zhuǎn)該URL進(jìn)行視圖函數(shù)調(diào)用[6]。

urlpatterns = patterns('',

url(r'teqc/', views.teqc),

……

在執(zhí)行完成TEQC質(zhì)量檢核后，使用Python語(yǔ)言的JSON模塊從統(tǒng)計(jì)結(jié)果文件中抓取相關(guān)數(shù)據(jù)并生成對(duì)應(yīng)的JSON格式文件。JSON文件的格式如下所示：

{"svinfo": [ //衛(wèi)星數(shù)據(jù)數(shù)組

{"sv": "05","epoch": [//衛(wèi)星編號(hào)和從開(kāi)始?xì)v元起每個(gè)歷元對(duì)應(yīng)的數(shù)值

{"v": "0.000","e": 0},{"v": "-0.227","e": 1}……

]}

"epochnumber": 604,//總歷元數(shù)

"interval": 10, //采樣間隔

"satslist": ["05","15","21","24","26","29","18","14","22","12"],//衛(wèi)星列表

"starttime": [2013, 11, 30, 8, 53, 40]//起始時(shí)間

}

2.3 前端提交數(shù)據(jù)控件

Web前端提交數(shù)據(jù)采用jQuery控件jQuery File Upload，該控件以XHR作為上傳方式，并且可以實(shí)現(xiàn)類似批量上傳、超大文件上傳、圖片預(yù)覽、拖拽上傳、上傳進(jìn)度顯示、跨域上傳等功能，并可以通過(guò)CSS控制顯示樣式，可以制作美觀友好的上傳界面，如圖2。

圖2 上傳文件控件

2.4 Web前端開(kāi)發(fā)

jQuery中使用getJSON方法來(lái)調(diào)用并獲取遠(yuǎn)程的JSON字符串，將其轉(zhuǎn)換為JSON對(duì)象。如果成功，則執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。getJSON方法將Javascript的AJAX方法進(jìn)行封裝，不需要檢查瀏覽器和緩存，調(diào)用方便。方法定義為：

jQuery.getJSON( url, data, callback)；[7]

設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)選項(xiàng)卡（tabs）切換來(lái)調(diào)用不同的JSON文件生成各個(gè)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)果，因此需要將各個(gè)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)JSON格式文件與選項(xiàng)卡關(guān)聯(lián)起來(lái)。當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)中某個(gè)選項(xiàng)卡時(shí)，獲取該選項(xiàng)卡對(duì)應(yīng)的JSON文件名：

$j(".casting li").click(function(){

jsonname = $j(".casting.active").attr("id");

});

再將Class為casting li的選項(xiàng)卡綁定getJSON方法，當(dāng)點(diǎn)擊選項(xiàng)卡時(shí)即根據(jù)jsonname讀取對(duì)應(yīng)的JSON文件：

$j(".casting li").click(function(){

$j.getJSON("json/" + jsonname + '.js', function(json){

……

2.5 Highcharts庫(kù)調(diào)用

Highcharts是一款Javascript開(kāi)源庫(kù)，提供數(shù)10種圖表類型以及豐富的組合選項(xiàng)，能輕易在Web前端生成美觀協(xié)調(diào)、功能完善的圖表。本文采用Spline類型的圖表，考慮到要實(shí)現(xiàn)的功能，主要設(shè)置如下：

1）橫軸xAxis選擇datetime類型以顯示時(shí)間軸，間隔pointInterval以ms為單位，將其設(shè)置為JSON文件中實(shí)際采樣間隔，歷元開(kāi)始時(shí)間則是將JSON文件中的開(kāi)始時(shí)間轉(zhuǎn)換成UTC時(shí)間。zoomType設(shè)置為”X”則開(kāi)啟窗選放大功能，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間軸開(kāi)窗功能。

2）以TEQC統(tǒng)計(jì)項(xiàng)數(shù)值為縱軸yAxis賦值，根據(jù)選項(xiàng)卡ID選擇對(duì)應(yīng)的數(shù)值單位。

3）plotOptions用于設(shè)置圖表中的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)屬性，在圖表中存在多個(gè)數(shù)據(jù)列時(shí)，Highcharts提供了一個(gè)非常有用的設(shè)置項(xiàng)即showcheckbox，可以對(duì)每列數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)checkbox，單擊可以顯示或隱藏該列數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)刷新圖表，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)禁用某顆衛(wèi)星。

4）以JSON文件中的衛(wèi)星列表大小確定Highcharts的options選項(xiàng)的數(shù)組數(shù)量options.series，按列表中對(duì)應(yīng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)分別按歷元賦值，無(wú)數(shù)據(jù)的歷元賦值null，在完成賦值后調(diào)用$j('#teqcview).highcharts(options)，立即生成圖表。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以圖2中提交的RINEX數(shù)據(jù)為例，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行命令行方式的質(zhì)量檢核，命令為：

teqc +qc G1723340.13o

從生成的匯總文件G1723340.13S中提取相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息如下：觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)：1.678 h；采樣間隔：10 s；數(shù)據(jù)可用率：79%；L1多路徑影響值MP1：0.37；L2多路徑影響值MP2：0.57；歷元和周跳的比值O/Slip：64。

從統(tǒng)計(jì)信息中可見(jiàn)，該數(shù)據(jù)的MP2數(shù)值較大，而數(shù)據(jù)可用率較低。將數(shù)據(jù)在Web前端提交，服務(wù)器端調(diào)用TEQC進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后共生成8個(gè)JSON文件，在前端以選項(xiàng)卡的形式生成統(tǒng)計(jì)圖表，點(diǎn)中MP2選項(xiàng)卡，查看MP2統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如圖3。

圖3 以選項(xiàng)卡形式顯示數(shù)據(jù)MP2統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從圖3可以看到，有幾顆衛(wèi)星的MP2值有比較大的波動(dòng)。將鼠標(biāo)移動(dòng)到曲線上查看衛(wèi)星編號(hào)和對(duì)應(yīng)歷元的MP2數(shù)值，確定這幾顆衛(wèi)星編號(hào)分別為05、14、29。另外在觀測(cè)時(shí)段最后一段大約從10:20起MP2值普遍較大，因此在圖表界面進(jìn)行下面的操作：

1）在圖表下面勾掉S05、S14、S29三個(gè)checkbox，即剔除這三顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)；

2）從觀測(cè)開(kāi)始位置進(jìn)行窗選，到X軸10:20位置結(jié)束。

執(zhí)行完這兩步操作后圖表將進(jìn)行AJAX方式刷新，刷新后的圖表即為剔除這三顆衛(wèi)星并截除最后一段數(shù)據(jù)后的新的MP2圖表，如圖4。從該新圖表中可以看出總體均勻分布在零軸兩側(cè)，且沒(méi)有過(guò)大的數(shù)值。

圖4 剔除衛(wèi)星并截取時(shí)段后MP2統(tǒng)計(jì)結(jié)果

此時(shí)重新使用TEQC命令行方式執(zhí)行該編輯策略，命令為：

teqc–G05,14,29 –e20131130102000 G1723340.13o>G1723341.13o

再對(duì)新生成的觀測(cè)數(shù)據(jù)文件執(zhí)行質(zhì)量檢核，并與未編輯數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表1。

表1 編輯前和編輯后RINEX數(shù)據(jù)TEQC統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比

從表1可以看出，MP1、MP2明顯降低，數(shù)據(jù)可用率也有了提高。使用附近3個(gè)CORS站數(shù)據(jù)作為起算點(diǎn)，采用GAMIT軟件對(duì)編輯前和編輯后兩個(gè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行單點(diǎn)基線解算[8]，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 編輯前和編輯后基線解算精度統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，經(jīng)過(guò)編輯后基線解算結(jié)果各項(xiàng)精度指標(biāo)都有所提高，驗(yàn)證了經(jīng)過(guò)圖形化的檢核分析后進(jìn)行的數(shù)據(jù)編輯能夠有效提高解算質(zhì)量。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于AJAX技術(shù)、使用開(kāi)源jQuery控件如jQuery File Upload和Highcharts、結(jié)合前后端技術(shù)開(kāi)發(fā)的GPS數(shù)據(jù)檢核分析應(yīng)用，相對(duì)于常規(guī)的GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析方式，具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：

1）操作簡(jiǎn)便，不依賴任何平臺(tái)和軟件，直接提交即可在Web頁(yè)面生成圖表；

2）一次性生成全部統(tǒng)計(jì)圖表，可以用選項(xiàng)卡的方式點(diǎn)擊切換，生成圖表清晰美觀，可全部或單獨(dú)顯示衛(wèi)星的對(duì)應(yīng)數(shù)值；

3）可直接在圖表上進(jìn)行衛(wèi)星剔除、時(shí)間軸開(kāi)窗等操作，無(wú)需重新加載數(shù)據(jù)可刷新圖表，相比常規(guī)軟件，效率提高數(shù)倍；

4）圖片可直接另存為png/jpg/pdf/svg等常用格式，無(wú)需使用第3方工具?？上仍趫D表中進(jìn)行操作以剔除較差的數(shù)據(jù)和時(shí)段，再以生成的圖形制定編輯策略使用TEQC進(jìn)行編輯，以提高數(shù)據(jù)處理的效率和質(zhì)量。

[1]范世杰，郭際明，彭秀英.TEQC在GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用與分析[J].測(cè)繪信息與工程，2004,29(2):33-35

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