李英冰,熊程波,閆景仙

(1.武漢大學(xué) 測繪學(xué)院,湖北 武漢 430079;2.武漢大學(xué) 精密工程與工業(yè)測量國家測繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430079)

GNSS質(zhì)量檢查的圖形繪制

李英冰1,2,熊程波1,閆景仙1

(1.武漢大學(xué) 測繪學(xué)院,湖北 武漢 430079;2.武漢大學(xué) 精密工程與工業(yè)測量國家測繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430079)

在數(shù)據(jù)處理或固定監(jiān)測站選址時(shí),甄別 GNSS原始觀測數(shù)據(jù)的好壞,評估觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量是十分必要的。利用 TEQC軟件檢查 GNSS觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量,生成的電離層延遲、多路徑效應(yīng)、信號噪聲比、衛(wèi)星方位角、衛(wèi)星高度角等相關(guān)內(nèi)容的文本文件?；贑#語言開發(fā)了 TeqcChart(V 1.0)程序,用于讀取上述文本文件,開發(fā)了功能豐富的圖形繪制模塊,圖形顯示效果好、運(yùn)行速度快、自動(dòng)化程度高、使用簡單。該軟件在自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)和連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星參考站系統(tǒng)(CORS)中進(jìn)行了初步試用,效果良好。

TEQC;CORS;TeqcChart;質(zhì)量檢查

GNSS定位與導(dǎo)航是利用來自衛(wèi)星的廣播星歷和觀測值進(jìn)行后方交會(huì)實(shí)現(xiàn)的。觀測值受到整周跳變、衛(wèi)星鐘差、相對論效應(yīng)、電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng)等多項(xiàng)因素的影響,這些因素直接或間接影響到最終成果的精準(zhǔn)度,因而有必要評估GNSS原始觀測值的質(zhì)量。

TEQC生成的檢查結(jié)果以文本格式提供,有時(shí)不容易對較大的觀測數(shù)據(jù)文件做出整體認(rèn)識(shí),因而有必要開發(fā)相應(yīng)的繪圖程序。現(xiàn)有的將 TEQC質(zhì)量檢查結(jié)果圖形化的軟件主要有QCV IEW和 TEQCSPEC[1-2]。QCV IEW生成的圖像的格式為PostScrip t,生成的圖形不夠美觀,需要CF2PS程序模塊才能完成,即CF2PS將 TEQC生成的文件進(jìn)行整理,轉(zhuǎn)換成 GM T可以接受的文件格式,然后利用 GM T的psxy命令生成PostScrip t文件[3]。TEQCSPEC需要結(jié)合MA TLAB系統(tǒng)才能運(yùn)行[2],而且生成圖形的速度比較慢。

本文基于C#語言開發(fā)了 TeqcChart(V 1.0)軟件,該軟件能夠有效地解決上述問題。

1 GNSS質(zhì)量檢查的基本內(nèi)容

TEQC是一款優(yōu)秀的 GNSS質(zhì)量檢查的公開免費(fèi)軟件[4-6],它由UNAVCO研究人員開發(fā),具有3項(xiàng)主要功能:①數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換:將不同類型接收機(jī)的原始觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為 RINEX文件[7],也可以在RINEX的不同版本之間轉(zhuǎn)換[5];②數(shù)據(jù)編輯:數(shù)據(jù)的整周跳變、衛(wèi)星截止高度角、開始和結(jié)束時(shí)間區(qū)間等信息編輯;③質(zhì)量檢查:對衛(wèi)星的信噪比、電離層延遲、多路徑效應(yīng)等進(jìn)行檢查。軟件的下載主頁為http://facility.unavco.o rg/ softw are/teqc/teqc.htm l。最新版本是2010-03-17發(fā)布的。

TEQC能夠?qū)?GPS和 GLONASS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查,利用偽距和載波相位觀測值的線性組合進(jìn)行計(jì)算:①L 1的C/A碼和 P碼觀測值的多路徑效應(yīng);②L 2的P碼偽距的多路徑效應(yīng);③電離層對相位觀測值的影響;④電離層延遲變化的速率;⑤衛(wèi)星方位角、高度角、信號噪聲比以及其它的相關(guān)信息。

其中P1碼和P2碼的多路徑效應(yīng)計(jì)算公式為式中:P1和 P2是L1和L 2載波上的偽距觀測值,L1和L2是載波相位觀測值和 f2分別是L 1和L2載波的頻率。

電離層延遲變化速率IOD是利用相鄰兩個(gè)歷元tj-1和 tj觀測值的組合進(jìn)行計(jì)算的,公式為

各符號含義同上。

利用 TEQC對 GNSS觀測值進(jìn)行質(zhì)量檢查時(shí),將產(chǎn)生9個(gè)文本文件,如表1所示,其中總結(jié)文件的擴(kuò)展名中 YY表示年的2位數(shù)縮寫代碼,如2010年表示為10。

表1 TEQC質(zhì)量檢查生成主要文件

2 圖形繪制軟件(TeqcChart)的開發(fā)

在 TeqcChart軟件開發(fā)時(shí),采用面向?qū)ο缶幊趟枷?從需求分析出發(fā),進(jìn)行了合理的架構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼和測試等過程。

在軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)遵循以下原則:①軟件運(yùn)行速度快,需要的內(nèi)存容量小;②自動(dòng)化程度高,無需人工干涉;③繪圖選項(xiàng)豐富,以滿足不同用戶需求;④繪制的圖形美觀,生成的圖像能夠直接用于報(bào)告等文檔中;⑤存儲(chǔ)格式多樣,支持JPG、BM P等格式的圖形輸出。

TeqcChart軟件運(yùn)行的主要流程如圖1所示。主要步驟包括:①采用儀器廠商的隨機(jī)軟件或 TEQC軟件將 GNSS原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的 RINEX文件;②調(diào)用進(jìn)程函數(shù),在后臺(tái)利用 Teqc可執(zhí)行文件對RINEX數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查。當(dāng)觀測值文件和導(dǎo)航文件齊全時(shí),將生成9個(gè)文本文件,即總結(jié)文件、衛(wèi)星方位角文件、衛(wèi)星高度文件、電離層延遲文件、多路徑效應(yīng)文件、信號噪聲比文件等;③讀取上述文本文件;④設(shè)定將要繪制圖形的大小、標(biāo)題、坐標(biāo)軸選項(xiàng)、前景色、背景色等參數(shù);⑤生成圖像;⑥保存圖像。

圖1 TeqcChart圖形繪制流程

3 TeqcChart在自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

近年來,高精度的 GNSS實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)在大壩、橋梁、高程建筑物、滑坡、礦山等形變監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)基本操作流程為:①通過數(shù)據(jù)流方式,借助有線或無線通訊手段,將觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回?cái)?shù)據(jù)處理中心;②處理中心實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查和數(shù)據(jù)預(yù)處理;③進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,并生成結(jié)果和顯示結(jié)果;④進(jìn)行預(yù)報(bào)分析,在必要的情況下啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制。

對實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析有助于了解監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀,為數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析提供依據(jù)。圖2是一個(gè)自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的觀測值質(zhì)量檢查示意圖?；鶞?zhǔn)站或監(jiān)測站的觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回?cái)?shù)據(jù)處理中心。在數(shù)據(jù)處理工作站上,原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的RINEX文件,包括天線高、截止高度角等參數(shù)的設(shè)置。然后對RINEX文件進(jìn)行質(zhì)量檢查,將檢查結(jié)果輸入到 TeqcChart中,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前衛(wèi)星狀態(tài)和觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量,為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理提供參考。

圖2 GNSS自動(dòng)化監(jiān)測的質(zhì)量檢查流程

圖3是自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量檢查的運(yùn)行示例,在該程序中,能夠?qū)γ總€(gè)測站的方位角、高度角、電離層延遲、多路徑效應(yīng)、信噪比等內(nèi)容生成實(shí)時(shí)檢查圖形。圖形的橫坐標(biāo)是衛(wèi)星的偽隨機(jī)編碼、圖形以條形圖顯示,測站名稱和圖形類型在標(biāo)題中進(jìn)行顯示。

圖3 GNSS自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量檢查示例

4 TeqcChart在CORS系統(tǒng)中應(yīng)用

連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星參考系統(tǒng)(CORS)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的連續(xù)定位框架基準(zhǔn),它是在衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。CORS系統(tǒng)組成包括基準(zhǔn)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)等組成[8-9]。

質(zhì)量檢查在CORS中主要有2個(gè)方面的應(yīng)用:①在站址選擇時(shí);②在系統(tǒng)運(yùn)行過程中。

在CORS系統(tǒng)建設(shè)初期,對連續(xù)運(yùn)行參考站的站址選擇是十分重要的。一般先在幾個(gè)候選站上采集一段時(shí)間的觀測數(shù)據(jù),然后分析對比這些觀測值的數(shù)據(jù)質(zhì)量,其中多路徑效應(yīng)是重點(diǎn)分析的內(nèi)容。此時(shí)把質(zhì)量檢查結(jié)果繪制為圖形,將有助于綜合評判候選站的觀測條件,從而選擇最優(yōu)站點(diǎn)作為連續(xù)運(yùn)行參考站的站址。

在CORS系統(tǒng)運(yùn)行過程中,監(jiān)控跟蹤站數(shù)據(jù)的質(zhì)量也是必要的。圖4是CORS質(zhì)量檢查的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。連續(xù)運(yùn)行參考站的觀測值實(shí)時(shí)傳回?cái)?shù)據(jù)處理中心,這些數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作站上。

當(dāng)數(shù)據(jù)處理工作站空閑時(shí),將前一天每個(gè)參考站的所有觀測數(shù)據(jù)合并為一個(gè)文件,并轉(zhuǎn)換成為RINEX格式,然后利用 TeqcChart程序生成圖形文件,一般生成為質(zhì)量較高且體積較小的JPG文件,并上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上,供廣大用戶使用。

圖4 CORS系統(tǒng)的質(zhì)量檢查系統(tǒng)

圖5是蘇州市CORS質(zhì)量檢查系統(tǒng)的網(wǎng)頁實(shí)例圖形。該 CORS系統(tǒng)由唯亭(Weit)、浮橋(Fuqi)、淀山湖(Ding)、啟東(Qido)、海門(Haim)、南通(Nant)、張家港(Zhjg)、靖江(Jinj)、武進(jìn)(W ujn)、錫山(Xsan)、西山(Xish)和桃源(Taoy)等12個(gè)參考站組成,實(shí)現(xiàn)了全蘇州市的無縫覆蓋[10]。

為了讓用戶準(zhǔn)實(shí)時(shí)查詢CORS的數(shù)據(jù)質(zhì)量,開發(fā)了自動(dòng)化質(zhì)量檢查和發(fā)布系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)實(shí)時(shí)自動(dòng)下載CORS的RINEX文件、合并和編輯各跟蹤站數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、檢查結(jié)果的圖形生成、上傳圖形文件到Web服務(wù)器和圖形文件的網(wǎng)絡(luò)分發(fā)等功能[10]。

圖5 CORS質(zhì)量檢查示例

5 結(jié) 論

基于 TEQC軟件,采用面向?qū)ο缶幊谭椒?開發(fā)了GNSS質(zhì)量檢查的圖形繪制軟件 TeqcChart(V 1.0),該軟件經(jīng)過初步試用,運(yùn)行效果良好,主要結(jié)論為:

1)TeqcChart對 GNSS質(zhì)量檢查結(jié)果進(jìn)行精美的圖形繪制,圖形效果優(yōu)于 QCV IEW和 TEQCSPEC等現(xiàn)有軟件。

2)TeqcChart運(yùn)行速度快,使用方便,在自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)、連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星參考站系統(tǒng)等方面的應(yīng)用前景廣闊。

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Plotting program for GNSS quality check

L I Ying-bing1,2,XIONG Cheng-bo1,YAN Jing-Xian1
(1.School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China;2.Key Labo ratory of Precision Engineering&Industry Surveying,State Bureau of Surveying and Mapping,Wuhan University,Wuhan 430079,China)

In the data p rocessing o r selection fo r fixed station,it is essential to judge the quality of GNSS observation data.The softw are of TEQC can check the quality of GNSS observation data,and generate the files fo r ionospheric delays,m ultipath effect,signal-noise ratio,satellite azimuth,satellite elevation angle and other related contents.We develop a software of TeqcChart(V 1.0)based on the C#language.TeqcChart can import the above text files,and p roduce feature-rich graphics for GNSS quality check files.These graphics are outstanding,the software runs fast and it’s easy to use.The software has been used in the automatic monitoring system and Continuously Operating Reference Station System(CORS),w hich p roduces good effect.

TEQC;CORS;TeqcChart;quality check

P228

A

1006-7949(2011)02-0011-04

2010-03-27

國家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2009AA 12Z320)

李英冰(1972-),男,副教授.

[責(zé)任編輯張德福]