利用TEQC及RTKLIB軟件分析GPS數據質量

陳佳清

(欽州市住房和城鄉建設測繪院，廣西　欽州　535000)

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利用TEQC及RTKLIB軟件分析GPS數據質量

陳佳清

(欽州市住房和城鄉建設測繪院，廣西欽州535000)

摘要：TEQC軟件具有強大的GPS數據質量分析功能，針對其沒有實現質量分析的可視化，提出了結合RTKLIB軟件強大的圖形輸出功能對原始觀測數據衛星可見性，衛星天空視圖，DOP值，多路徑及衛星高度角等進行圖形化顯示。文中分別介紹了TEQC、RTKLIB的主要功能，闡述了觀測質量檢核標準。最后結合某地區GPS變形監測網實測數據驗證，結果表明TEQC結合RTKLIB能夠更為全面、直觀地反應觀測數據質量，為GPS數據質量分析可視化提供了新的一種借鑒方法。

關鍵詞：TEQC；RTKLIB；GPS數據；質量分析

0引言

隨著全球定位系統(global positioning system，GPS)技術的快速發展，GPS在變形監測領域得到了廣泛的應用[1]。由于GPS在定位測量中難免會受到多種誤差的影響，如電離層延遲和對流層延遲誤差、多路徑效應或者接收機的測量噪聲等[2]。變形監測受觀測條件的影響，致使衛星失鎖或者信號在傳播過程中受到影響[3]。針對GPS變形監測的高精度、高可靠性數據要求，為了保證觀測質量，避免不必要的返工，因此在基線解算前對觀測數據進行質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組織美國衛星導航系統與地殼形變觀測研究大學聯合體(The University Navstar Consortium Facility，UNAVCO Facility)研制的為地學研究GPS監測站數據管理服務的公開免費軟件[5]。TEQC軟件功能強大、簡單易用，是國際公認的GPS測量數據預處理軟件之一[6]。TEQC支持多種型號的GPS接收機文件轉換成標準格式(RINEX)，可以方便地對RENIX格式數據文件進行編輯，如高度角設置、采樣率、數據切割、質量檢核，本文利用其質量檢核功能對GPS監測網進行觀測質量。TEQC軟件在WINDOWS內置DOS環境下操作，基于觀測數據量大，DOS命令窗口不支持多窗口標簽操作以及不便編輯操作命令等，文中使用DOS系統仿真器ConEmu代替。

1.2RTKLIB軟件

RTKLIB是日本東京海洋大學(Tokyo University of Marine Science and Technology)開發的一個用于全球衛星導航系統(global navigation satellite system，GNSS)精確定位的開源程序包，RTKLIB包括一個便攜式的程序庫和多個應用程序[7]。基于TEQC沒有可視化界面[8]，繪圖輸出需要借助于DOS4GW.EXE、QCVIEW32.EXE等程序[9]，過程繁瑣，為此，本文借助于RTKLIB強大的圖形輸出功能對原始觀測數據衛星可見性，衛星天空視圖，DOP值，多路徑及衛星高度角進行圖形化顯示，為質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應用程序窗口圖標

功能用戶界面用戶交互(a)應用啟動器RTKLAUNCH-(b)實時定位RTKNAVIRTKRCV(c)通信服務器STRSVRSTR2STR(d)后處理分析RTKPOSTRNX2RTKP(e)RINEX轉換器RTKCONVCONVBIN(f)觀測數據繪圖RTKPLOT-(g)GNSS數據下載RTKGET-(h)NTRIP瀏覽器SRCTBLBROWS-

本文主要運用RTKLIB中的RTKPLOT模塊對原始觀測數據的衛星可見性，衛星天空視圖，DOP值，多路徑效應及衛星高度角進行圖形化顯示；利用RTKCONV模塊對RINEX文件進行格式轉換，利用RTKPOST模塊計算GPS位置定位誤差結果并繪圖輸出。

2觀測質量檢測標準

TEQC檢測GPS觀測數據質量的關鍵性指標mp1、mp2、0/slps，mp1、mp2分別表示L1、L2波段上的多路徑效應對偽距和相位測量的影響，其結果以均方根(root mean square，RMS)表示。根據國際GNSS服務(international GNSS service，IGS)的GPS數據質量檢測系統表明，o/slps指標年平均值小于5 000，對多路徑而言60%以上的mp1平均值小于0.5 m；mp2小于0.75 m。超過半數的IGS站的CSR(周跳檢測慣用指標，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，根據以上分析資料，本文使用以下標準參考值：o/slps：2 000，MP1：0.5 m，MP2：0.75 m，其中o/slps越小說明出現周跳越嚴重，MP1和MP2越小說明抗多路徑效應能力越強。

3工程實例

工程概況：某GPS變形監測網，包括2個基準點編號為jjb1、jjb2，20個監測點編號依次為jj03～jj22。GPS靜態觀測網建立完成后，每年定期進行4期的靜態數據采集。數據采集采用型號為Trimble5700雙頻GPS接收機，對基準點進行3～6個觀測時段的觀測，每個時段持續時間為24 h，其余測站進行一個觀測時段(24 h)連續觀測，衛星高度角設為 10°，數據采集間隔為15 s。為了保證其觀測質量，提高基線解算精度，對其進行數據質量分析。

為分析本工程觀測數據的質量，采用TEQC軟件對GPS監測網進行觀測數據進行質量檢核，以監測點jj03點為例進行分析文件說明。在DOS命令仿真窗口ConEmu下執行：teqc + qc-nav jj03****.12o jj03****.12n[10]，即可得到以下幾種分析文件，并對綜合分析結果文件進行說明如表2所示。

表2　分析文件說明

在本次質量檢核中，主要利用綜合分析結果文件.12S進行質量分析，通過對所有監測點的綜合分析結果文件進行統計匯總后，得到以下TEQC質量檢核結果如表3所示。

從表3可知，周跳影響方面：除基準點jjb1、jjb2、jj07、jj11、jj21、jj22周跳不明顯外，其它監測點均存在明顯的周跳現象，監測點jj05的o/slps值最低僅為133；多路徑效應影響方面：監測點jj03、jj05、jj13、jj14、jj16、jj17、jj18的L1、L2波段上均存在多路徑效應影響但不明顯。總體分析，從均值統計值看，mp1、mp2、o/slps均符合IGS質量監測統計規范，按照IGS觀測質量要求統計各測點，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。

統計結果表明：該地區GPS觀測質量較差，大部分觀測點周跳明顯，多路徑效應影響則不明顯。經實地調查發現，該GPS變形監測網布設在一滑坡體上，滑坡體內植物茂密、散亂分布有多處居民區；大部分監測點位于叢林之中，除jjb1、jjb2、jj07、jj11、jj21、jj22外，其余監測點觀測條件較差。

根據上述TEQC質量分析結果，對其中周跳明顯且多路徑影響較為嚴重的監測點jj03進行重點分析。利用RTKLIB的原始觀測數據繪圖功能，對其進行繪圖輸出，以便更為直觀的反應觀測質量。下面對監測點jj03原始觀測數據文件進行RTKLIB繪圖輸出，監測點jj03所處區域的衛星分布圖如圖2所示。

表3　TEQC質量檢核表

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

圖2　衛星分布圖

從圖2可知，監測點jj03衛星接收高度角基本在15°以上，在部分區域衛星信號較差，。從圖中可以明顯看出，位于監測點jj03南面GPS接收衛星信號較差，大部分衛星存在衛星信號失鎖的現象(實線為衛星信號良好，虛線表示衛星失鎖)，根據實地調查發現，該點附近有大樹遮擋。故造成了衛星信號接收失鎖或中斷現象。

在觀測時段內的可見衛星分布圖可以分析出該測點GPS接收衛星信號的實際情況，監測點jj03可見衛星分布圖如圖3所示。

圖3　可見衛星分布圖

由圖3可知，監測點jj03在觀測時段內，衛星可見數量都達到四顆以上，在當天14：00至19：00時段內，衛星信號較差。

從上述TEQC質量分析表統計得知，jj03多路徑誤差影響相對較大，多路徑效應誤差會對觀測質量造成一定的影響，為了更加直觀地顯示出多路徑影響大小，繪制多路徑效應影響如圖4所示。

圖4　多路徑效應及高度角

從圖4可以看出，多路徑效應影響不可忽略，呈現波浪式推進，其值在2 m范圍內波動。在觀測時段內，平均提取方差值AVE(平均提取方差值，或稱平均變抽取，是統計學檢驗結構變量內部一致性的統計量)為-0.000 0 m，均方根RMS為0.530 1 m。衛星高度角整體在20°以上。在觀測時段內，GPS位置定位誤差從一定意義上可以反映出相對定位結果的好壞，繪制GPS位置定位誤差結果如圖5所示。

圖5　GPS位置定位誤差結果

從圖5可知，GPS定位由于受到多種誤差因素的影響，定位位置隨時間發生改變。三維坐標分量AVE值均為-0.000 0 m；標準差(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兩個指標可以分析出北方向誤差最小，垂直方向誤差最大。從而可以反應坐標三維分量的觀測精度。為了整體分析檢測點jj03的觀測質量狀況，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，在觀測時間段內：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，大部分時間段HDOP值在2 mm內浮動，在12：00時HDOP值突增。HDOP(較VDOP大。在觀測時段在大部分時間里，水平精度、垂直精度、位置精度和幾何精度在4 mm內，在極少數時間段內存在誤差較大情況。

4結束語

綜合上述分析可知，利用TEQC對GPS觀測數據進行質量分析，可以得到詳細、全面的質量分析統計指標值：mp1、mp2、o/slps，根據其參考值統計分析出GPS數據質量；結合RTKLIB強大的GPS原始數據繪圖輸出功能，更為直觀地反應觀測數據質量。針對GPS變形監測的高精度、高可靠性數據要求，在基線解算前運用TEQC結合RTKLIB對GPS數據進行質量分析，能夠更為全面、細致地反應GPS數據質量；對提高基線基線精度，避免不必要的返工，具有極其重要的意義。

參考文獻

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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：P228

文獻標識碼：A

文章編號：2095-4999(2016)-01-0126-05

作者簡介：陳佳清(1991—)，男，廣西昭平縣人，助理工程師，研究方向為變形監測與數據處理。

基金項目：廣西研究生教育創新計劃資助(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數據質量[J].導航定位學報，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.