GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工具TEQC與SpiderQC功能對比

王開鋒，王 勇(江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013)

江蘇省連續(xù)運行衛(wèi)星定位參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)(JSCORS)是江蘇省現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)框架的重要組成部分，也是實現(xiàn)省級大地基準(zhǔn)動態(tài)維持的主要手段[1]?？蚣芫S持過程中最主要的輸入即為基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)，因此保障高質(zhì)量的基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)獲取，是框架維持的重要要求，也是CORS系統(tǒng)運維的主要目標(biāo)之一。

1 GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計指標(biāo)

本文對GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量的評定主要選取了數(shù)據(jù)有效率、多路徑效應(yīng)、周跳3項指標(biāo)。

1.1 數(shù)據(jù)有效率

根據(jù)觀測時設(shè)置的衛(wèi)星截止高度角及相應(yīng)時段的衛(wèi)星星歷，可計算出理論上可接收的衛(wèi)星觀測值個數(shù)OBSpossible。實際上由于觀測環(huán)境和接收設(shè)備的影響，在該時段接收到的觀測值個數(shù)OBScomplete與理論不符，數(shù)據(jù)有效率計算公式如下

ratio=OBScomplete/OBSpossible

(1)

1.2 多路徑誤差

GPS測量過程中，被反射的衛(wèi)星信號進(jìn)入天線，和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，會使觀測值偏離真值，由此產(chǎn)生的誤差稱作多路徑誤差。偽距多路徑效應(yīng)可由下式得出

(2)

(3)

式中，P1、P2分別表示L1、L2碼偽距觀測量值；φ1、φ2分別表示L1、L2載波相位觀測量；α為頻率f1和f2之比的平方[2]。由此可知，每個歷元的每顆衛(wèi)星的多路徑效應(yīng)可單獨表示。

1.3 周 跳

周跳是指接收機(jī)在進(jìn)行連續(xù)的載波相位測量過程中，由于某種原因?qū)е抡苡嫈?shù)發(fā)生錯誤，進(jìn)而使相位觀測值較正常值出現(xiàn)一個整數(shù)周的跳躍。周跳統(tǒng)計方式有多種，可直接統(tǒng)計周跳次數(shù)，也有用周跳比或CRS表示周跳情況

周跳比=O/slps

(4)

(5)

式中，O為觀測值個數(shù)；slps為周跳次數(shù)。

2 TEQC與Leica SpiderQC

江蘇CORS主要采用TEQC與Leica SpiderQC軟件作為數(shù)據(jù)質(zhì)量分析工具。

TEQC是用于GPS、GLONASS、BDS、Galileo等多種GNSS系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能強(qiáng)大的工具包。它是由UNAVCO Facility為地學(xué)研究GPS監(jiān)測站數(shù)據(jù)管理服務(wù)研制的公開免費軟件[3]，主要包含了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、編輯和檢查功能。本文僅討論其數(shù)據(jù)檢查功能。

SpiderQC是徠卡GNSS Spider參考站軟件的一個組件，負(fù)責(zé)對Spider產(chǎn)生的系列數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，本文僅討論其對GNSS觀測數(shù)據(jù)的檢查功能。SpiderQC是Windows操作系統(tǒng)下的窗口程序。

3 利用TEQC和SpiderQC進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

3.1 質(zhì)量檢查報告

TEQC和SpiderQC對GNSS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，均會生成一個總結(jié)性報告文件，系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)的各個指標(biāo)參數(shù)。本文以名稱為bjfs0010.18o的雙星觀測文件為例。

TEQC是一個命令行運行軟件，使用teqc+qc bjfs0010.18o的命令進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，可生成質(zhì)量檢查摘要文件bjfs0010.18s，該文件為文本文件。

SpiderQC可在窗口菜單中選擇目標(biāo)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，生成質(zhì)量檢查報告文件bjfs0010.htm。

兩款軟件生成的報告文件中關(guān)于數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)概述內(nèi)容對比見表1。

表1 TEQC、SpiderQC報告文件指標(biāo)對比

如表1所示，SpiderQC給出的報告文件相對于TEQC，數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)更為詳細(xì)，同時也更加復(fù)雜。兩份報告文件以不同的方式給出了數(shù)據(jù)有效率值。

3.2 多路徑效應(yīng)

報告文件中的多路徑效應(yīng)值為歸算后的指標(biāo)，無法反映多路徑影響的詳細(xì)情況。TEQC在運行teqc+qc命令時加上+plot參數(shù)(舊版本軟件不需加該參數(shù))，會在生成摘要文件的同時生成可視化文件(見表2)。

表2 TEQC生成的可視化文件

TEQC生成的可視化文件為文本文件，采用UNAVCO提供的qcview軟件可根據(jù)可視化文件繪制各衛(wèi)星多路徑效應(yīng)的詳細(xì)情況。但qcview為DOS程序，需在模擬的DOS操作系統(tǒng)環(huán)境下使用，且其僅支持對GPS衛(wèi)星系統(tǒng)的可視化數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，限制因素頗多?？梢暬募袷奖容^規(guī)整，自行編程繪圖也可[4-5]。qcview繪制效果如圖1所示。

SpiderQC則有單獨的菜單可生產(chǎn)圖形化的多路徑效應(yīng)詳情，提供了按照星空圖、高度角、時間3種方式統(tǒng)計多路徑效應(yīng)影響(如圖2、圖3、圖4所示)。

相對于TEQC的單純按照時間順序?qū)Χ嗦窂叫?yīng)進(jìn)行統(tǒng)計，SpiderQC可以從更多的角度查看，更有利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題和探究數(shù)據(jù)質(zhì)量發(fā)生原因。

圖1 qcview繪制的多路徑——時間圖

圖2 SpiderQC繪制的多路徑——時間圖

圖3 SpiderQC繪制的多路徑——天空圖

3.3 周 跳

TEQC生成的可視化文件并未包含周跳相關(guān)文件，僅在報告文件中的衛(wèi)星跟蹤情況圖中可以反映出周跳發(fā)生的概略位置，如圖5所示。

圖5為按照時間排序的衛(wèi)星跟蹤情況，圖中“I”表示該衛(wèi)星在該時刻發(fā)生周跳。

SpiderQC則是在報告中統(tǒng)計了各衛(wèi)星發(fā)生周跳的次數(shù)，在單項圖表中以天空圖的形式反映發(fā)生周跳時的衛(wèi)星位置，如圖6、圖7所示。

3.4 統(tǒng)計功能

TEQC為單個數(shù)據(jù)質(zhì)量分析工具，不具備統(tǒng)計功能。SpiderQC則可根據(jù)數(shù)據(jù)存儲的路徑和時間，自動對生成的GNSS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，并根據(jù)設(shè)置的各項質(zhì)量指標(biāo)生成報表，便于連續(xù)運行基準(zhǔn)站的長期數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)視(如圖8所示)。

4 結(jié) 語

TEQC軟件本身體量很小，支持多種操作系統(tǒng)，使用命令行操作，輸出項均為文本文件，這些特性使其很適合在編程過程中調(diào)用，可根據(jù)需求進(jìn)行批量數(shù)據(jù)的質(zhì)量統(tǒng)計；同時也造成了其交互性差、可視化程度低、操作不友好的弊端。

圖4 SpiderQC繪制的多路徑——高度角圖

圖5 TEQC的衛(wèi)星跟蹤概況

圖6 SpiderQC的報告文件衛(wèi)星跟蹤部分

圖7 SpiderQC繪制的周跳天空圖

圖8 SpiderQC的數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計報表

SpiderQC為Windows操作系統(tǒng)下的系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析工具，分析功能強(qiáng)大，多種可視化的統(tǒng)計方式使得其對問題數(shù)據(jù)的分析可以從多角度進(jìn)行，利于對數(shù)據(jù)問題進(jìn)行分析。其本身自帶統(tǒng)計功能，適合CORS基準(zhǔn)站長時間的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)視，但其窗口程序的特性決定了難以對其進(jìn)行二次開發(fā)，以及按照需求靈活的定制功能。

TEQC與SpiderQC在功能上既重疊又互補(bǔ)。江蘇CORS既有日常的按照規(guī)律生成的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，也有大量的不規(guī)律的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)獲取、存儲的需求，在數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查上，利用這兩種軟件取長補(bǔ)短，提高了工作效率與質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐地保.江蘇省陸海統(tǒng)一大地基準(zhǔn)建立方案研究[C]∥2017年度江蘇省測繪地理信息學(xué)會GPS、大地專業(yè)委員會學(xué)術(shù)年會暨JSCORS技術(shù)交流大會論文集.南京：江蘇省測繪地理信息學(xué)會、江蘇省測繪工程院,2017.

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