陳佳清

(欽州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)測(cè)繪院，廣西　欽州　535000)

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利用TEQC及RTKLIB軟件分析GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量

陳佳清

(欽州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)測(cè)繪院，廣西欽州535000)

摘要：TEQC軟件具有強(qiáng)大的GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析功能，針對(duì)其沒(méi)有實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分析的可視化，提出了結(jié)合RTKLIB軟件強(qiáng)大的圖形輸出功能對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)衛(wèi)星可見(jiàn)性，衛(wèi)星天空視圖，DOP值，多路徑及衛(wèi)星高度角等進(jìn)行圖形化顯示。文中分別介紹了TEQC、RTKLIB的主要功能，闡述了觀測(cè)質(zhì)量檢核標(biāo)準(zhǔn)。最后結(jié)合某地區(qū)GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，結(jié)果表明TEQC結(jié)合RTKLIB能夠更為全面、直觀地反應(yīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，為GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析可視化提供了新的一種借鑒方法。

關(guān)鍵詞：TEQC；RTKLIB；GPS數(shù)據(jù)；質(zhì)量分析

0引言

隨著全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)技術(shù)的快速發(fā)展，GPS在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。由于GPS在定位測(cè)量中難免會(huì)受到多種誤差的影響，如電離層延遲和對(duì)流層延遲誤差、多路徑效應(yīng)或者接收機(jī)的測(cè)量噪聲等[2]。變形監(jiān)測(cè)受觀測(cè)條件的影響，致使衛(wèi)星失鎖或者信號(hào)在傳播過(guò)程中受到影響[3]。針對(duì)GPS變形監(jiān)測(cè)的高精度、高可靠性數(shù)據(jù)要求，為了保證觀測(cè)質(zhì)量，避免不必要的返工，因此在基線解算前對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析具有極其重要的意義[4]。

1TEQC、RTKLIB介紹

1.1TEQC軟件

TEQC(Translation，Editing and Quality Checking)是由非盈利性地球科學(xué)組織美國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與地殼形變觀測(cè)研究大學(xué)聯(lián)合體(The University Navstar Consortium Facility，UNAVCO Facility)研制的為地學(xué)研究GPS監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)管理服務(wù)的公開(kāi)免費(fèi)軟件[5]。TEQC軟件功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易用，是國(guó)際公認(rèn)的GPS測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件之一[6]。TEQC支持多種型號(hào)的GPS接收機(jī)文件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式(RINEX)，可以方便地對(duì)RENIX格式數(shù)據(jù)文件進(jìn)行編輯，如高度角設(shè)置、采樣率、數(shù)據(jù)切割、質(zhì)量檢核，本文利用其質(zhì)量檢核功能對(duì)GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)質(zhì)量。TEQC軟件在WINDOWS內(nèi)置DOS環(huán)境下操作，基于觀測(cè)數(shù)據(jù)量大，DOS命令窗口不支持多窗口標(biāo)簽操作以及不便編輯操作命令等，文中使用DOS系統(tǒng)仿真器ConEmu代替。

1.2RTKLIB軟件

RTKLIB是日本東京海洋大學(xué)(Tokyo University of Marine Science and Technology)開(kāi)發(fā)的一個(gè)用于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)精確定位的開(kāi)源程序包，RTKLIB包括一個(gè)便攜式的程序庫(kù)和多個(gè)應(yīng)用程序[7]?；赥EQC沒(méi)有可視化界面[8]，繪圖輸出需要借助于DOS4GW.EXE、QCVIEW32.EXE等程序[9]，過(guò)程繁瑣，為此，本文借助于RTKLIB強(qiáng)大的圖形輸出功能對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)衛(wèi)星可見(jiàn)性，衛(wèi)星天空視圖，DOP值，多路徑及衛(wèi)星高度角進(jìn)行圖形化顯示，為質(zhì)量分析提供可視化條件。RTKLIB界面如圖1所示，RTKLIB主要功能如表1所示。

圖1　RTKLAUNCH應(yīng)用程序窗口圖標(biāo)

功能用戶界面用戶交互(a)應(yīng)用啟動(dòng)器RTKLAUNCH-(b)實(shí)時(shí)定位RTKNAVIRTKRCV(c)通信服務(wù)器STRSVRSTR2STR(d)后處理分析RTKPOSTRNX2RTKP(e)RINEX轉(zhuǎn)換器RTKCONVCONVBIN(f)觀測(cè)數(shù)據(jù)繪圖RTKPLOT-(g)GNSS數(shù)據(jù)下載RTKGET-(h)NTRIP瀏覽器SRCTBLBROWS-

本文主要運(yùn)用RTKLIB中的RTKPLOT模塊對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的衛(wèi)星可見(jiàn)性，衛(wèi)星天空視圖，DOP值，多路徑效應(yīng)及衛(wèi)星高度角進(jìn)行圖形化顯示；利用RTKCONV模塊對(duì)RINEX文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，利用RTKPOST模塊計(jì)算GPS位置定位誤差結(jié)果并繪圖輸出。

2觀測(cè)質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

TEQC檢測(cè)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)mp1、mp2、0/slps，mp1、mp2分別表示L1、L2波段上的多路徑效應(yīng)對(duì)偽距和相位測(cè)量的影響，其結(jié)果以均方根(root mean square，RMS)表示。根據(jù)國(guó)際GNSS服務(wù)(international GNSS service，IGS)的GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)表明，o/slps指標(biāo)年平均值小于5 000，對(duì)多路徑而言60%以上的mp1平均值小于0.5 m；mp2小于0.75 m。超過(guò)半數(shù)的IGS站的CSR(周跳檢測(cè)慣用指標(biāo)，CSR=1000/0/slps)，年平均值小于5，2/3以上的CRS平均值在10以下[1]。其中，根據(jù)以上分析資料，本文使用以下標(biāo)準(zhǔn)參考值：o/slps：2 000，MP1：0.5 m，MP2：0.75 m，其中o/slps越小說(shuō)明出現(xiàn)周跳越嚴(yán)重，MP1和MP2越小說(shuō)明抗多路徑效應(yīng)能力越強(qiáng)。

3工程實(shí)例

工程概況：某GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，包括2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)編號(hào)為jjb1、jjb2，20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)依次為jj03～jj22。GPS靜態(tài)觀測(cè)網(wǎng)建立完成后，每年定期進(jìn)行4期的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集采用型號(hào)為T(mén)rimble5700雙頻GPS接收機(jī)，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行3～6個(gè)觀測(cè)時(shí)段的觀測(cè)，每個(gè)時(shí)段持續(xù)時(shí)間為24 h，其余測(cè)站進(jìn)行一個(gè)觀測(cè)時(shí)段(24 h)連續(xù)觀測(cè)，衛(wèi)星高度角設(shè)為 10°，數(shù)據(jù)采集間隔為15 s。為了保證其觀測(cè)質(zhì)量，提高基線解算精度，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。

為分析本工程觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，采用TEQC軟件對(duì)GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核，以監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03點(diǎn)為例進(jìn)行分析文件說(shuō)明。在DOS命令仿真窗口ConEmu下執(zhí)行：teqc + qc-nav jj03****.12o jj03****.12n[10]，即可得到以下幾種分析文件，并對(duì)綜合分析結(jié)果文件進(jìn)行說(shuō)明如表2所示。

表2　分析文件說(shuō)明

在本次質(zhì)量檢核中，主要利用綜合分析結(jié)果文件.12S進(jìn)行質(zhì)量分析，通過(guò)對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合分析結(jié)果文件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總后，得到以下TEQC質(zhì)量檢核結(jié)果如表3所示。

從表3可知，周跳影響方面：除基準(zhǔn)點(diǎn)jjb1、jjb2、jj07、jj11、jj21、jj22周跳不明顯外，其它監(jiān)測(cè)點(diǎn)均存在明顯的周跳現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj05的o/slps值最低僅為133；多路徑效應(yīng)影響方面：監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03、jj05、jj13、jj14、jj16、jj17、jj18的L1、L2波段上均存在多路徑效應(yīng)影響但不明顯。總體分析，從均值統(tǒng)計(jì)值看，mp1、mp2、o/slps均符合IGS質(zhì)量監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)規(guī)范，按照IGS觀測(cè)質(zhì)量要求統(tǒng)計(jì)各測(cè)點(diǎn)，多路徑影響方面63.33%以上的mp1小于0.5 m；73.33%以上的mp2小于0.75 m；而只有46.67%的o/slps值大于2 000。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：該地區(qū)GPS觀測(cè)質(zhì)量較差，大部分觀測(cè)點(diǎn)周跳明顯，多路徑效應(yīng)影響則不明顯。經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)在一滑坡體上，滑坡體內(nèi)植物茂密、散亂分布有多處居民區(qū)；大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于叢林之中，除jjb1、jjb2、jj07、jj11、jj21、jj22外，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)條件較差。

根據(jù)上述TEQC質(zhì)量分析結(jié)果，對(duì)其中周跳明顯且多路徑影響較為嚴(yán)重的監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03進(jìn)行重點(diǎn)分析。利用RTKLIB的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)繪圖功能，對(duì)其進(jìn)行繪圖輸出，以便更為直觀的反應(yīng)觀測(cè)質(zhì)量。下面對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03原始觀測(cè)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行RTKLIB繪圖輸出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03所處區(qū)域的衛(wèi)星分布圖如圖2所示。

表3　TEQC質(zhì)量檢核表

注：mp1、mp2值加粗加斜代表多路徑效應(yīng)影響較大，o/slps值加黑代表周跳較明顯

圖2　衛(wèi)星分布圖

從圖2可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03衛(wèi)星接收高度角基本在15°以上，在部分區(qū)域衛(wèi)星信號(hào)較差，。從圖中可以明顯看出，位于監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03南面GPS接收衛(wèi)星信號(hào)較差，大部分衛(wèi)星存在衛(wèi)星信號(hào)失鎖的現(xiàn)象(實(shí)線為衛(wèi)星信號(hào)良好，虛線表示衛(wèi)星失鎖)，根據(jù)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該點(diǎn)附近有大樹(shù)遮擋。故造成了衛(wèi)星信號(hào)接收失鎖或中斷現(xiàn)象。

在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的可見(jiàn)衛(wèi)星分布圖可以分析出該測(cè)點(diǎn)GPS接收衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)際情況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03可見(jiàn)衛(wèi)星分布圖如圖3所示。

圖3　可見(jiàn)衛(wèi)星分布圖

由圖3可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)jj03在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，衛(wèi)星可見(jiàn)數(shù)量都達(dá)到四顆以上，在當(dāng)天14：00至19：00時(shí)段內(nèi)，衛(wèi)星信號(hào)較差。

從上述TEQC質(zhì)量分析表統(tǒng)計(jì)得知，jj03多路徑誤差影響相對(duì)較大，多路徑效應(yīng)誤差會(huì)對(duì)觀測(cè)質(zhì)量造成一定的影響，為了更加直觀地顯示出多路徑影響大小，繪制多路徑效應(yīng)影響如圖4所示。

圖4　多路徑效應(yīng)及高度角

從圖4可以看出，多路徑效應(yīng)影響不可忽略，呈現(xiàn)波浪式推進(jìn)，其值在2 m范圍內(nèi)波動(dòng)。在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，平均提取方差值A(chǔ)VE(平均提取方差值，或稱平均變抽取，是統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)變量?jī)?nèi)部一致性的統(tǒng)計(jì)量)為-0.000 0 m，均方根RMS為0.530 1 m。衛(wèi)星高度角整體在20°以上。在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，GPS位置定位誤差從一定意義上可以反映出相對(duì)定位結(jié)果的好壞，繪制GPS位置定位誤差結(jié)果如圖5所示。

圖5　GPS位置定位誤差結(jié)果

從圖5可知，GPS定位由于受到多種誤差因素的影響，定位位置隨時(shí)間發(fā)生改變。三維坐標(biāo)分量AVE值均為-0.000 0 m；標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，STD) 北方向N為1.038 7 m，東方向E為1.430 1 m，垂直方向U為3.356 6 m；北方向N RMS值為1.308 5 m，東方向RMS值1.429 9 m，垂直方向RMS值為3.356 6 m；從STD、RMS兩個(gè)指標(biāo)可以分析出北方向誤差最小，垂直方向誤差最大。從而可以反應(yīng)坐標(biāo)三維分量的觀測(cè)精度。為了整體分析檢測(cè)點(diǎn)jj03的觀測(cè)質(zhì)量狀況，繪制GPS精度因子圖如圖6所示。

圖6　GPS精度因子

由圖6可知，在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)：幾何精度衰減因子(geometric dilution of precision，GDOP)為4.3 mm，位置精度衰減因子(position dilution of precision，PDOP)為3.6 mm，水平精度衰減因子(horizontal dilution of precision，HDOP)為1.6 mm，垂直精度衰減因子(vertical dilution of precision，VDOP)為3.2 mm；HDOP低于其它所有GPS精度因子值，大部分時(shí)間段HDOP值在2 mm內(nèi)浮動(dòng)，在12：00時(shí)HDOP值突增。HDOP(較VDOP大。在觀測(cè)時(shí)段在大部分時(shí)間里，水平精度、垂直精度、位置精度和幾何精度在4 mm內(nèi)，在極少數(shù)時(shí)間段內(nèi)存在誤差較大情況。

4結(jié)束語(yǔ)

綜合上述分析可知，利用TEQC對(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，可以得到詳細(xì)、全面的質(zhì)量分析統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值：mp1、mp2、o/slps，根據(jù)其參考值統(tǒng)計(jì)分析出GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量；結(jié)合RTKLIB強(qiáng)大的GPS原始數(shù)據(jù)繪圖輸出功能，更為直觀地反應(yīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。針對(duì)GPS變形監(jiān)測(cè)的高精度、高可靠性數(shù)據(jù)要求，在基線解算前運(yùn)用TEQC結(jié)合RTKLIB對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，能夠更為全面、細(xì)致地反應(yīng)GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量；對(duì)提高基線基線精度，避免不必要的返工，具有極其重要的意義。

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GPS Monitoring Data Quality Analysis Using TEQC and RTKLIB

CHENJiaqing

(Qinzhou Surveying and Mapping Institute of Housing Urban-rural Development，Qinzhou 535000，China)

Abstract：TEQC software has powerful GPS data quality analysis，for it does not achieve the quality of the analysis visualization proposed combination RTKLIB software，powerful graphics output of raw observations satellite visibility satellite view of the sky，DOP value，multipath and satellite altitude angle displayed graphically.This paper describes the main features of TEQC，RTKLIB，describes the observation of quality inspection of nuclear standards.Finally，in an area of GPS deformation monitoring field data test results showed that combining RTKLIB TEQC can be more comprehensive，intuitive reaction observational data quality，GPS data quality analysis visualization provides a new reference method.

Key words：TEQC；RTKLIB；GPS data；quality analysis

中圖分類號(hào)：P228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-4999(2016)-01-0126-05

作者簡(jiǎn)介：陳佳清(1991—)，男，廣西昭平縣人，助理工程師，研究方向?yàn)樽冃伪O(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理。

基金項(xiàng)目：廣西研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃資助(YCSZ2015163)。

收稿日期：2015-06-04

引文格式：陳佳清.利用TEQC及RTKLIB軟件分析GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量[J].導(dǎo)航定位學(xué)報(bào)，2016，4(1)：126-130.(CHEN Jiaqing.GPS Monitoring Data Quality Analysis Using TEQC and RTKLIB[J].Journal of Navigation and Positioning，2015，4(1)：126-130.)DOI：10.16547/j.cnki.10-1096.20160125.