基于TEQC的山東CORS系統(tǒng)數據質量評估

董正華1,郭金運1,劉相威1,周長志2,張海平2,馮彥同2

(1.山東科技大學 測繪學院,青島 266590;2.山東省國土測繪院,濟南 250102)

摘要：為了評價山東CORS(SDCORS)系統(tǒng)的數據質量,利用TEQC等軟件對SDCORS各基準站2012年全年的數據進行質量分析、結果統(tǒng)計和可視化顯示。采用IGS的數據質量檢核標準對其MP1、MP2和CRS值進行評價,結果顯示:2012年期間,絕大部分的SDCORS基準站采集的數據質量良好,滿足SDCORS的運行要求,個別測站的運行狀態(tài)不佳,需要維護。

關鍵詞：SDCORS;基準站;TEQC;數據質量;多路徑效應

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.05.017

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：A

文章編號：1008-9268(2015)05-0090-05

收稿日期：2015-04-23

作者簡介

Abstract:In order to assess the data quality of SDCORS, we use TEQC and other softwares to process the full-year data in 2012 of SDCORS to analyze the multipath effect and observations per cycle slip. MP1, MP2and CRS of SDCORS are assessed based on the criterion of data quality check standard of IGS. The practical results show that the data quality of most of the base stations of SDCORS is very good and meets the operational requirements, but a few base stations need to be maintained in 2012.

0引言

參考站連續(xù)正常運行是整個CORS系統(tǒng)能否充分發(fā)揮效應最為關鍵的部分,更清楚地了解已建站周邊環(huán)境是否存在可以引起多路徑效應的反射物、電磁干擾以及其它的一些干擾因素,對掌握觀測站的數據質量,確保整個CORS系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要的意義[1-4]。

山東省衛(wèi)星定位連續(xù)運行綜合應用服務系統(tǒng)(SDCORS)是山東省的一項重要空間數據基礎工程,建成以來向社會各行業(yè)提供各種地理空間信息數據服務,創(chuàng)造了良好的社會經濟效益。SDCORS系統(tǒng)的實際構網站點149個,實現(xiàn)了與國家陸態(tài)網、省地震局CMONOSD系統(tǒng)、省氣象局GNSS/MET系統(tǒng)以及外省(江蘇、河南、河北)CORS,濟南CORS、青島CORS、淄博CORS、日照CORS、煙臺CORS等系統(tǒng)多行業(yè)、多層次的數據共享。SDCORS整合了不同行業(yè)、不同部門在不同時期建立的參考站點,網絡結構比較復雜,設備性能高低不一,其基準站設備類型有拓普康、天寶、徠卡;接收機類型主要有:TPS NETG3、LEICA GRX1200-GGPRO、ASHTECH UZ-12、TRIMBLE NETR8等,觀測采用高精度測地型天線,采樣率統(tǒng)一為30 s.

TEQC軟件是由UNAVCO開發(fā)和研制的GNSS觀測數據預處理軟件[5],可對GNSS觀測數據的質量進行檢查,其被廣泛應用在城市、大型工程控制網的GNSS數據預處理中,有助于觀測誤差的分析,提高測量成果的精度[6-7]。TEQC主要有RINEX數據編輯、格式轉換和質量檢核三大功能模塊。其質量檢核模塊,用于檢查雙頻GPS接收機動態(tài)和靜態(tài)數據的質量,是TEQC軟件的核心[8-10]。

本文通過對SDCORS連續(xù)參考站系統(tǒng)105個測站GPS接收機一年的連續(xù)觀測的質量檢驗和分析,可以反映出各個基準站的觀測數據質量和穩(wěn)定性,以了解基準站周圍環(huán)境、儀器的穩(wěn)定性是否發(fā)生變化,為基準站的維護和升級改造提供參考,并不斷積累經驗,同時為其它地域或省域在參考站選址、維護升級提供有力依據。

1質量評估原理

在GPS測量中,多路徑效應、周跳變化是反映GPS觀測數據質量的重要指標[11-14]。習慣上將偽距多路徑效應在一定時間窗口內均方根(rms),每周跳觀測值數(o/slps)作為反映觀測數據的指標[15-16]。

資助項目: 國家自然科學基金(批準號:41374009)； 山東省自然科學基金(批準號:ZR2013DM009); 公益性行業(yè)科研專項(編號:201412001)； 山東科技大學科研創(chuàng)新團隊支持計劃(編號:2014TDJH101)

聯(lián)系人： 董正華 E-mail: d412172098@163.com

本文主要以L1偽距多路徑效應(MP1)、L2偽距多路徑效應(Mp2)和每周跳觀測值數(o/slps)三項作為質量評價的指標[1,17],來評價GPS觀測點的觀測環(huán)境和觀測數據的質量。其中o/slps用較為直觀的CRS表示為

(1)

Mp1、Mp2通過下式得到:

(2)

(3)

式中: P1、P2分別表示L1、L2碼偽距觀測量; 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[18],

2數據質量檢核結果及分析

本文基于TEQC軟件、GMT軟件和Fortran程序實現(xiàn)了SDCORS數據的自動化質量檢核及可視化顯示,并結合Matlab軟件對數據的穩(wěn)定性進行分析。TEQC的質量檢核有qc2lite和qc2full兩種方式,本文采用qc2full方式。對觀測數據文件*.yyO(yy為年份的后兩位)進行質量檢核后生成9個分析結果文件,其中*.yyS文件中記錄了數據的采集時間長度、數據采樣率、多路徑效應影響、數據利用率、每周跳觀測值等大量信息文本[5,19,20]。通過TEQC軟件中的運行命令teqc+qc+sym*.yyO (sym*為文件名,yy代表年份),對SDCORS的105個基準站從2012年1月1日至12月31日觀測文件的處理,獲得了各基準站的質量分析結果文件,從*.yyS文件中提取了各基準站每天的Mp1、Mp2和CRS值,圖1示出了SDCORS連續(xù)運營基準站分布圖，圖2示出了各基準站的年平均值可視化結果。

IGS的數據質量檢測分析顯示,超過半數的IGS站的CRS年平均值小于5,2/3以上CRS平均值在10以下。對于多路徑效應而言,2/3的IGS站的Mp1平均值小于0.5,而2/3的Mp2平均值小于0.75[2,6]。本文依照2/3的IGS站的質量標準對結果進行統(tǒng)計。

如圖2所示,各基準站圓圈站標的三個扇形分別表示MP1、MP2和CRS值,其色帶的閾值分別為0.5、0.75、10.

由于QHRS、PYRS兩個站點沒有實際的觀測值信息,所以在對SDCOSR的MP1、MP2、CRS值值進行統(tǒng)計時,將這兩個站點排除在外。表1示出了為SDCORS的103個站點MP1、MP2、CRS值值的統(tǒng)計信息,從其統(tǒng)計結果來看,本次解算的穩(wěn)定性較好、可靠性較高。

表1　SDCORS基準站 M p1、 M p2和 CRS值統(tǒng)計表

圖1　SDCORS連續(xù)運營基準站分布圖

圖2　SDCORS基準站M P1、M P2和CRS值可視化圖形(2012年均值)

從圖2中可以較為直觀的看出,SDCORS絕大部分基準站數據質量都優(yōu)于IGS標準,只有TEZH、QUFU、LYLZ、LAIZ、GQZD、PIZH六個站點存在淺色部分,即存在異常。對照表2得知:LAIZ、TEZH、LYLZ站的MP1值高于IGS標準,PIZH站的MP1、MP2值指標均高于標準,QUFU、GQZD站MP1值接近IGS標準。另外QHRS、PYRS兩臺站也存在異常,MP1、MP2、CRS值均為0,經查實得知這兩個測站的觀測數據文件只有頭文件,沒有實際觀測數據,其原因為設備故障。本文給出了PIZH、TEZH、QUFU、LYLZ、LAIZ、GQZD六個站三項指標的每日變化圖,如圖3~圖

8所示。從圖3中可知:PIZH站的MP1、MP2和CRS值明顯異常,自2012年2月份起質量逐步下降,至4月份起超出IGS標準指標,經調查得知為設備老化所致。TEZH(如圖4所示)、LYLZ(如圖6所示)、LAIZ(如圖7所示)站的MP1值均較大,這與基準站站周圍樹木、建筑物和L1信號頻率電磁干擾有關。QUFU站(如圖5所示)在6月份MP1略高于IGS指標,6月份之后數據質量逐漸優(yōu)于標準,且保持較高的穩(wěn)定性,這與此站點周圍環(huán)境變化的影響有關。GQZD站(如圖8所示)在8月份數據質量發(fā)生突變,通過查詢日志發(fā)現(xiàn),疑是臺站遭受雷擊后性能受到影響所致。

表2　SDCORS基準站問題測站 M p1、 M p2和 CRS值統(tǒng)計表(2012年均值)

圖3　PIZH站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(2012)

圖4　TEZH站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(2012)

圖5　QUFU站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(2012)

圖6　LYLZ站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(2012)

圖7　LYLZ站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(2012)

圖8　GQZDZ站M p1、M p2和CRS值變化趨勢(2012)

3結束語

利用TEQC軟件對SDCORS站的數據進行質量檢測,從得到的結果看,SDCORS站址的選擇合理,觀測環(huán)境良好,整體觀測數據質量較好,且明顯優(yōu)于IGS參考站的數據指標,大部分基準站運營狀態(tài)良好、穩(wěn)定性高。MP1、MP2和CRS年均值(2012)優(yōu)于IGS標準的基準站分別占到96.2%、99%、100%.這表明,SDCORS的GPS接收機適合作為SDCORS的基準站使用,為SDCORS提供了穩(wěn)定、連續(xù)和高質量的觀測數據。其少有的幾個基準站數據質量較差或沒有數據,這與周圍樹木和建筑物的影響及存在電磁干擾、遭受雷擊等因素有關,需要進行維護和升級。

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董正華(1989-),男,碩士生,主要從事GNSS數據處理等研究。

郭金運(1969-),男,博士,教授,博導,主要從事空間大地測量、海洋大地測量和物理大地測量等研究。

劉相威(1990-),男,碩士生,主要從事空間大地測量研究。

Data Quality Assessment of SDCORS with TEQC

DONG Zhenghua1,GUO Jinyun1,LIU Xiangwei1,ZHOU Changzhi2,

ZHANG Haiping2, FENG Yantong2

(1.CollegeofGeodesyandGeomatics,ShandongUniversityofScienceandTechnology,

Qingdao266590,China;2.ShandongProvincialInstituteof

LandSurveyingandMapping,Ji'nan250102,China)

Key words: SDCORS; base station; TEQC; data quality; multi-path effect