基于改進(jìn)TEQC的區(qū)域CORS站點(diǎn)質(zhì)量檢核

劉智敏，楊婷婷，黃　超，張海平，馮彥同

(1.山東科技大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，山東 青島，266590；2.山東省高校海洋測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島，266590；3.山東省國(guó)土測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250102)

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基于改進(jìn)TEQC的區(qū)域CORS站點(diǎn)質(zhì)量檢核

劉智敏1,2，楊婷婷1，黃超1，張海平3，馮彥同3

(1.山東科技大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，山東 青島，266590；2.山東省高校海洋測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島，266590；3.山東省國(guó)土測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250102)

摘要：TEQC能對(duì)GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核，編輯并改善GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量，但該軟件運(yùn)行于DOS環(huán)境，成果不能圖形可視化，存在人機(jī)交互性差等不足。文中通過(guò)VisualC#編程對(duì)TEQC和QCVIEW進(jìn)行可視化封裝，實(shí)現(xiàn)基于WINDOWS界面的質(zhì)量檢核與可視化表達(dá)，選用5個(gè)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)CORS站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核。最后結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證改進(jìn)軟件的可行性，并通過(guò)BERNESE軟件分別求單天解驗(yàn)證選用的5個(gè)質(zhì)量指標(biāo)能夠?qū)τ^(guān)測(cè)數(shù)據(jù)作準(zhǔn)確的質(zhì)量評(píng)估。

關(guān)鍵詞：TEQC；CORS站點(diǎn)；質(zhì)量檢核

GPS技術(shù)的應(yīng)用，帶動(dòng)了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析軟件的更新與發(fā)展。TEQC (Translate，Edit，and Quality Check，譯為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、編輯、質(zhì)量檢核)是目前國(guó)際上公認(rèn)的最好的數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件之一，TEQC是由UNAVCO Facility研制的為地學(xué)研究服務(wù)的公開(kāi)免費(fèi)的GPS/GLONASS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，具有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，編輯，質(zhì)量檢核的功能[1]。其核心功能為質(zhì)量檢核，主要是利用偽距觀(guān)測(cè)值和載波相位觀(guān)測(cè)值的線(xiàn)性組合對(duì)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)雙頻GPS和GLONASS數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核[2]。該軟件運(yùn)行于DOS環(huán)境，成果不能圖形可視化，存在人機(jī)交互性差等不足。

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)揮效用最為關(guān)鍵的部分，更清楚地了解已建站周邊環(huán)境對(duì)參考站的干擾程度、以及對(duì)流層和電離層的影響情況，并對(duì)質(zhì)量較差的觀(guān)測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理對(duì)后期實(shí)現(xiàn)測(cè)站高精度定位以及區(qū)域坐標(biāo)框架的維護(hù)都具有重要的意義[3]。TEQC的質(zhì)量檢核功能所生成的結(jié)果文件能夠反映L1載波上的C/A碼或者P碼多路徑觀(guān)測(cè)誤差、L2載波上的P碼多路徑觀(guān)測(cè)誤差、L1、L2電離層影響誤差、電離層變化率。另外還有接收機(jī)信號(hào)的抖動(dòng)、L1和L2載波的周跳、點(diǎn)位多路徑誤差平均值、衛(wèi)星的高度角和方位角、接收機(jī)時(shí)鐘漂移、信噪比和其他有關(guān)參數(shù)等[4]。這些參數(shù)能夠充分快速評(píng)定CORS站點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)的種類(lèi)很多，過(guò)多的指標(biāo)并不能給GPS高精度定位提供有效的信息。因此，要綜合大量的質(zhì)量指標(biāo)并按照對(duì)CORS站數(shù)據(jù)定位精度的影響選取重要的指標(biāo)。

本文針對(duì)TEQC軟件人機(jī)交互性差的缺點(diǎn)，用C#編程使其可以在windows界面下操作；對(duì)CORS站點(diǎn)原始數(shù)據(jù)通過(guò)改進(jìn)的TEQC軟件進(jìn)行質(zhì)量檢核并修復(fù)；最后用BERNESE軟件對(duì)預(yù)處理前后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行基線(xiàn)解算與網(wǎng)平差，通過(guò)對(duì)比測(cè)站三維坐標(biāo)的精度驗(yàn)證了該方法的有效性。

1質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)一般分為3類(lèi)：反映觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)完整程度的指標(biāo)、直接反映誤差影響情況的指標(biāo)、與衛(wèi)星位置有關(guān)的指標(biāo)[5]。反映觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)完整程度的指標(biāo)主要包括：理論觀(guān)測(cè)歷元數(shù)與實(shí)際觀(guān)測(cè)歷元數(shù)、具有完整觀(guān)測(cè)值的歷元數(shù)、觀(guān)測(cè)衛(wèi)星個(gè)數(shù)和缺失衛(wèi)星個(gè)數(shù)等。直接反映誤差影響情況的指標(biāo)主要有：多路徑效應(yīng)指標(biāo)、每周跳觀(guān)測(cè)值個(gè)數(shù)(O/SLPS)、接收機(jī)鐘差、信噪比(SNR)等。與衛(wèi)星位置有關(guān)的指標(biāo)主要包括：衛(wèi)星高度角、衛(wèi)星方位角、衛(wèi)星幾何分布情況等。針對(duì)GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)存在的問(wèn)題，綜合大量文獻(xiàn)，參考站的質(zhì)量指標(biāo)可以選用以下指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定：L1偽距多路徑效應(yīng)(mp1)、L2偽距多路徑效應(yīng)(mp2)、L1載波的信噪比(sn1)、L2載波的信噪比(sn2)、o/slps(每周跳觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù))。

1)多路徑效應(yīng)影響分析。多路徑效應(yīng)是在發(fā)射GPS信號(hào)的衛(wèi)星、接收機(jī)天線(xiàn)及天線(xiàn)附近物體間構(gòu)成的某種相對(duì)空間關(guān)系的環(huán)境下產(chǎn)生的合成信號(hào)相對(duì)于直達(dá)接收機(jī)天線(xiàn)信號(hào)的一種延遲現(xiàn)象[6]。多路徑效應(yīng)是反映GPS觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo)。多路徑效應(yīng)分為偽距多路徑效應(yīng)和相位多路徑效應(yīng)，由于相位多路徑效應(yīng)數(shù)值較小，習(xí)慣用偽距多路徑效應(yīng)反映觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量[7]。TEQC處理后結(jié)果文件中的MP1，MP2計(jì)算式為[8-11]

(1)

(2)

2)信噪比SNR(Signal-to-Noise Ratio)主要受天線(xiàn)增益參數(shù)、接收機(jī)中相關(guān)器的狀態(tài)、多路徑效應(yīng)3個(gè)方面的影響。衛(wèi)星觀(guān)測(cè)值的方差大小由歷元觀(guān)測(cè)值的SNR和GPS接收機(jī)的帶寬有關(guān)，因此SNR可充分反映接收機(jī)品質(zhì)、偽距和相位觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量[13]。SNR是反映相位觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，可用來(lái)生成GPS觀(guān)測(cè)量的隨機(jī)模型[14]。另外，利用其與多路徑效應(yīng)的關(guān)系還可以消除多路徑效應(yīng)的影響。根據(jù)international GNSS Service(IGS)的數(shù)據(jù)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定L1載波的信噪比的大小為SN1>4，設(shè)定L2載波的信噪比的大小為SN2>6。

3)周跳是由于衛(wèi)星信號(hào)的失鎖或其他軟硬件和環(huán)境原因而使載波相位差觀(guān)測(cè)值中的整周計(jì)數(shù)所發(fā)生的突變，它是反映相位觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量一個(gè)的重要指標(biāo)[16]。TEQC中采用電離層殘差法進(jìn)行周跳的探測(cè)與評(píng)定，信號(hào)電離層延遲隨時(shí)間變化率的導(dǎo)數(shù)得出

(3)

(4)

為了探測(cè)L1或L2載波的周跳，需要利用上面的電離層變化率公式進(jìn)行逐個(gè)歷元計(jì)算和監(jiān)控，TEQC中電離層變化率最小允許值為400 cm/minute，大于此值得觀(guān)測(cè)歷元將被視為發(fā)生周跳。TEQC處理結(jié)果文件中以(O/SLPS)值表示觀(guān)測(cè)值和周跳比，同樣根據(jù)IGS的數(shù)據(jù)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)值，設(shè)定其閾值為O/SLPS>670，大于此值表示不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。

2對(duì)TEQC和QCVIEW的改進(jìn)

TEQC運(yùn)行于DOS環(huán)境，每次運(yùn)行都要打開(kāi)DOS窗，人機(jī)交互性差并且通過(guò)該軟件進(jìn)行質(zhì)量檢核后，生成的分析文件多，一些有用的信息不能集中到一起；對(duì)于QCVIEW，因?yàn)閣indows7下的顯卡驅(qū)動(dòng)均不支持DOS下的全屏模式，而QCVIEW成圖必須在DOS的全屏模式下成圖[16-17]。

針對(duì)上述不足進(jìn)行改進(jìn)：安裝一個(gè)DOS的模擬器，并通過(guò)C#編程，將TEQC和QCVIEW界面化，用戶(hù)只需在WINDOWS下就可完成質(zhì)量檢核與成圖，使用靈活方便。并且質(zhì)量檢核完成后自動(dòng)將5個(gè)質(zhì)量指標(biāo)匯總到一起，方便查看，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢核的自動(dòng)化。

整體的界面分為質(zhì)量檢核、質(zhì)量分析可視化、文件切割、幫助4個(gè)菜單項(xiàng)。點(diǎn)擊質(zhì)量檢核菜單，出現(xiàn)質(zhì)量檢核界面，選擇需要進(jìn)行質(zhì)量檢核的文件，點(diǎn)擊確定按鈕，即可調(diào)用TEQC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。質(zhì)量檢核分為qcfull方式和qclite方式[12]，其基本語(yǔ)句為：teqc+qc bjfs2990.13o。當(dāng)有導(dǎo)航n文件時(shí)，以qc2full方式進(jìn)行質(zhì)量檢核，生成9個(gè)分析文件，如表1所示；當(dāng)沒(méi)有n文件時(shí)，采用qclite方式進(jìn)行質(zhì)量檢核，生成7個(gè)分析文件，沒(méi)有方位角文件.azi和高度角文件.ele。處理完成后，對(duì).s匯總文件中的5個(gè)質(zhì)量指標(biāo)自動(dòng)提取到excel表格中保存。

表1　質(zhì)量檢核后的9個(gè)分析文件

點(diǎn)擊質(zhì)量分析可視化菜單，選擇質(zhì)量分析可視化后的8個(gè)分析文件(除.s匯總文件)，調(diào)用QCVIEW軟件成圖，基本命令：qcview bjfs2990.mp1-all。成圖后，用戶(hù)可隨意調(diào)節(jié)成圖界面的大小，解決之前存在的只能全屏看圖無(wú)法進(jìn)行其他操作的弊端。通過(guò)鍵盤(pán)，鍵盤(pán)字母A為顯示所有衛(wèi)星的效果圖，鍵盤(pán)字母N為下一顆衛(wèi)星的效果圖，鍵盤(pán)字母P為上一顆衛(wèi)星的效果圖，鍵盤(pán)字母F為第一顆衛(wèi)星的效果圖，鍵盤(pán)字母L為最后一顆衛(wèi)星的效果圖，按右上角鍵盤(pán)上的“×”即可關(guān)閉成圖界面。

點(diǎn)擊文件切割菜單，用戶(hù)可以對(duì)多路徑效應(yīng)嚴(yán)重，出現(xiàn)周跳等觀(guān)測(cè)質(zhì)量不好的歷元、衛(wèi)星進(jìn)行刪除與禁用。

3TEQC+QCVIEW數(shù)據(jù)預(yù)處理實(shí)例分析

為了驗(yàn)證TEQC+QCVIEW的數(shù)據(jù)預(yù)處理模式能夠改善區(qū)域CORS站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域CORS站的高精度定位，本文采用2012年1月1日全天的山東省CORS站點(diǎn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)兩種方案進(jìn)行比對(duì)說(shuō)明。方案一用BERNESE軟件直接對(duì)山東省的CORS站點(diǎn)基線(xiàn)解算與網(wǎng)平差，得到站點(diǎn)的RMS值，方案二對(duì)山東省CORS站點(diǎn)進(jìn)行TEQC+QCVIEW模式預(yù)處理，并用5個(gè)數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行初步質(zhì)量檢核，最后通過(guò)BERNESE軟件進(jìn)行基線(xiàn)解算與網(wǎng)平差，求得站點(diǎn)的RMS值與方案一的站點(diǎn)RMS進(jìn)行對(duì)比，步驟如下：

第一步，對(duì)CORS站點(diǎn)用改進(jìn)的TEQC軟件進(jìn)行質(zhì)量檢核，生成log日志文件，從日志文件提取5個(gè)數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)值分析，如表2所示，BOSH、CAOX和CJJR這3個(gè)測(cè)站5個(gè)指標(biāo)均在閾值范圍內(nèi)，ANQI站和DEZH站的信噪比SN1和SN2，每周跳觀(guān)測(cè)值o/slps都符合閾值要求，而ANQI的MP1為0.38 m，超出閾值0.35 m，DEZH站的MP2為0.47 m也超出閾值0.45 m。

第二步，針對(duì)數(shù)據(jù)不合格的兩個(gè)測(cè)站處理，其中對(duì)ANQI測(cè)站的MP1分析文件進(jìn)行可視化找出多路徑效應(yīng)較為嚴(yán)重的歷元、衛(wèi)星，如圖1和圖2中(a)所示，可以看出，3號(hào)衛(wèi)星1 950到2 000歷元，2 550到2 650歷元多路徑效應(yīng)嚴(yán)重，已超過(guò)2 m；7號(hào)衛(wèi)星650到800歷元多路徑效應(yīng)非常嚴(yán)重，最大值達(dá)到2.8 m，2 700到2 850歷元多路徑效應(yīng)也較為嚴(yán)重，達(dá)到1.5 m。通過(guò)文件切割功能，將3號(hào)衛(wèi)星、7號(hào)衛(wèi)星多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的歷元?jiǎng)h除后可視化，如圖1和圖2中(b)所示，質(zhì)量得到明顯改善；同樣對(duì)DEZH測(cè)站的MP2文件可視化，可以發(fā)現(xiàn)2號(hào)衛(wèi)星在900到1 000歷元多路徑效應(yīng)嚴(yán)重，最大已達(dá)到3.5 m，9號(hào)衛(wèi)星在950歷元附近多路徑相當(dāng)嚴(yán)重，最大值達(dá)到4.2 m，如圖3和圖4中(a)所示，用同樣方法進(jìn)行修復(fù)后，效果如圖3和圖4中(b)所示。

圖1　ANQI測(cè)站3號(hào)衛(wèi)星MP1

圖2　ANQI測(cè)站7號(hào)衛(wèi)星MP1

圖3　DEZH測(cè)站2號(hào)衛(wèi)星MP2

圖4　DEZH測(cè)站9號(hào)衛(wèi)星MP2

第三步，查看修復(fù)后的匯總文件如表2所示，可以看到通過(guò)修復(fù)，ANQI，DEZH兩個(gè)測(cè)站的MP1、MP2都達(dá)到了閾值要求，而且信噪比、每周跳觀(guān)測(cè)值也得到改善。通過(guò)視圖分析可以快速、準(zhǔn)確地查看各種誤差對(duì)數(shù)據(jù)的影響，評(píng)定數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞。

第四步，用BERNESE軟件對(duì)沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)處理的CORS測(cè)站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)改進(jìn)軟件預(yù)處理后的CORS測(cè)站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行單天解算，具體包括精密單點(diǎn)定位PPP和基線(xiàn)解算網(wǎng)平差RNX2NX.PCF，最后在輸出文件OUT中提取站點(diǎn)的RMS值，如表3所示。

通過(guò)對(duì)比看到，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的各個(gè)測(cè)站的點(diǎn)位精度整體高于方案一中直接進(jìn)行解算的測(cè)站點(diǎn)位精度。由此證實(shí)：該預(yù)處理方法是有效的，且選取的5個(gè)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)是正確的。

4結(jié)束語(yǔ)

本文在分析TEQC軟件優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為方便GNSS數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析與編輯，運(yùn)用Visual C#對(duì)TEQC和QCVIEW進(jìn)行WINDOWS可視化界面封裝，實(shí)現(xiàn)了基于WINDOWS界面的質(zhì)量檢核與可視化表達(dá)。通過(guò)實(shí)例表明：改進(jìn)后的軟件界面友好，質(zhì)量檢核結(jié)果可視圖形美觀(guān)、易于分析，通過(guò)改進(jìn)后的TEQC進(jìn)行區(qū)域CORS站點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理是一種有效的數(shù)據(jù)處理方法，而且通過(guò)BERNESE軟件對(duì)預(yù)處理前后數(shù)據(jù)分別進(jìn)行基線(xiàn)解算與網(wǎng)平差，驗(yàn)證了選用的5個(gè)質(zhì)量指標(biāo)能夠?qū)τ^(guān)測(cè)數(shù)據(jù)作準(zhǔn)確的質(zhì)量評(píng)估，對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域CORS站點(diǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核和用于高精度定位都具有重要意義。

表2　預(yù)處理前后的數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)比

表3　預(yù)處理前后測(cè)站點(diǎn)位RMS值對(duì)比　m

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[責(zé)任編輯：李銘娜]

Quality checking of regional CORS station based on TEQCLIU Zhimin1,2，YANG Tingting1,HUANG Chao1，ZHANG Haiping3，F(xiàn)ENG Yantong3

(1.Geomatics College，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590,China；2.Key Laboratory of Geomatics and Digital Technology，Shandong Qingdao,Qingdao 266590,China；3.Shandong Provincial Institute of Land Surveying and Mapping，Jinan 250102，China)

Abstract：TEQC can carry out the quality inspection of GNSS data，edit and improve the quality of GNSS data，but this software runs in the DOS environment，of which the results cannot be visualized and have the shortage of human machine interactivity difference.On one hand，the visual encapsulation of QCVIEW is made and TEQC by Visual C# programming，as a result of which has achieved the expression of quality inspection and visualization based on WINDOWS interface.On the other hand，five indexes of data quality checking of CORS station are selected.In the end，the feasibility of the improved software is verified by the examples，and five quality indicators selected can be used to evaluate the quality of the observed data through solving the single-day-solution respectively by BERNESE.

Key words：TEQC；CORS station；quality checking

中圖分類(lèi)號(hào)：P228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7949(2016)05-0001-05

作者簡(jiǎn)介：劉智敏(1975-)女，副教授，博士.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41374009)；山東省高校海洋測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(2013B04)

收稿日期：2015-06-05；修回日期：2015-07-29